книги / Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. Техника и оборудование для строительства автомобильных дорог

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Часть 2

Техника и оборудование для строительства автомобильных дорог

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

УДК 625.7/.8.08(075.8) М38

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор В.Ф. Олонцев (Пермский институт железнодорожного транспорта УрГУПС);

канд. техн. наук, доцент А.В. Эдельман (ОАО «Пермавтодор»)

Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильМ38 ных дорог : в 5 ч. Ч. 2: Техника и оборудование для строительства автомобильных дорог : учеб. пособие / К.Г. Пугин, Б.С. Юшков, В.С. Юшков, А.М. Бургонутдинов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед.

политехн. ун-та, 2013. – 148 с.

ISBN 978-5-398-01108-1

Представлены основные технические операции при строительстве автомобильных дорог. Рассмотрены современные строительно-дорожные машины длястроительстваавтомобильныхдорогиихтехническиехарактеристики.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», «Строительство».

УДК 625.7/.8.08(075.8)

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильная дорога – это комплекс сложных и дорогостоящих инженерных сооружений, без которых не может работать автотранспорт, перевозящий около 60 % грузов страны. Транспортная сеть влияет на размещение производственных сил, освоение новых районов и природных богатств, способствует повышению эффективного использования местных ресурсов и сельскохозяйственных угодий. От сложности дорожной сети и ее качества зависят эффективность использования автомобильного транспорта и безопасность дорожного движения. Чтобы экономика государства развивалась в нормальных условиях, необходимо иметь 500–600 км автомобильной дороги на 1 тыс. км2 территории. В настоящее время автодорожная сеть Российской Федерации составляет менее 100 км на 1 тыс. км2 территории, для сравнения: в Испании – 260, в Польше – 980, во Франции – 2420 км на 1 тыс. км2.

Освоение природных ресурсов, увеличение рентабельности промышленных предприятий и снижение себестоимости перевозок немыслимы без развития сети автомобильных дорог любого субъекта РФ. Строительство дорог в Пермском крае связано со значительными трудностями, поскольку приходится прокладывать их в сложных природных условиях (пересеченный рельеф, пучинистые грунты, болота, малая продолжительность летнего строительного сезона и др.). Затруднительные природные условия приводят к необходимости строить более сложные в конструктивном отношении автомобильные дороги, что сопровождается и более энергоемкими технологиями. Рост объемов дорожно-строительных работ требует не только дальнейшего укрепления производственной мощности дорожно-строительных организаций, но и рационального использования техники, существенного улучшения организации и технологии строительства (реконструкции).

Организация работ по возведению земляного полотна и связанных с ним сооружений должна обеспечивать минимальную стоимость работ при строительстве автомобильных дорог. Основной целью является выполнение работ по возведению земляного полотна в установленные сроки и с высоким качеством, гарантирующим надежность и устойчивость при его эксплуатации. Рациональная организация земляных работ должна предусматривать:

– поточный метод, обеспечивающий строгую последовательность выполнения отдельных видов работ, непрерывную готовность участков земляного полотна для устройства дорожной одежды и непрерывное использование трудовых и материально-технических ресурсов;

5

–прогрессивную технологию, основанную на целесообразном для конкретных условий распределении земляных масс и передовых способах выполнения отдельных видов земляных работ;

–комплексную механизацию с применением выбранных на основе тех- нико-экономического сравнения рациональных комплектов машин и отдельных средств механизации, обеспечивающую максимальное снижение затрат ручного труда и наиболее эффективное использование машин и механизмов.

Земляные работы являются важной частью единого технологического комплекса работ по сооружению автомобильной дороги. Возведение земляного полотна требует глубоких знаний о механике грунтов, а также соблюдения необходимых требований к дорожно-строительной технике.

6

1.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ

1.1.Природные условия, происхождение и состав грунтов

Строительство автомобильных дорог как технологический процесс и их эксплуатация неизбежно происходят под влиянием многообразных проявлений природно-климатических условий, особенно – климата и грунтовогеологических свойств местности. Они определяют скорость строительства, условия работы машин и людей, затраты на технологическую переработку и преобразование естественных грунтов и их свойств на устойчивость дорожных конструкций при дальнейшей эксплуатации.

Территория Пермского края включает две дорожно-климатические зоны (ДКЗ). Во II и III ДЗК господствует умеренно холодный и умеренный климат. Обширная территория Пермского края содержит три основные группы грунтовых оснований дорожных насыпей:

–слабые грунты: торф, переувлажненные связные;

–слабые грунты: сильнольдистые связные (глины, суглинки и т.п.);

–прочные: скальные, крупнообломочные, пески, гравий и т.п.

По степени неустойчивости эти виды грунтовых оснований характеризуются соответственно баллами 2, 3 и 1.

Грунты, как правило, являются трехфазными системами и состоят из твердых частиц, поры между которыми заполнены водой и газом. Строительные свойства грунтов определяются минералогическим и гранулометрическим составом, структурой, текстурой и состоянием в природном залегании.

При изучении состава грунтов выделяют четыре основные группы образований: первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды и др.; глинистые (вторичные) минералы, образовавшиеся в процессе выветривания магматических и метаморфических пород; соли – сульфаты (гипс, ангидрит и др.), карбонаты (кальцит, доломит и др.), галоиды; органические вещества.

Под структурой грунта понимают размер, форму и количественное соотношение слагающих его частиц, а также характер связи между ними. Размер частиц и их количественное соотношение в грунте определяют на основе гранулометрического (зернового) анализа. Содержание каждой фракции выражается в процентах от массы высушенной пробы грунта. По характеру структурных связей выделяют грунты с жесткими (кристаллизационными) связями и грунты с водно-коллоидными связями. Кристаллизационные связи развиты в магматических, метаморфических и осадочных сцементированных

7

породах, т.е. в скальных грунтах. Водно-коллоидные связи характерны для глинистых грунтов.

Под текстурой грунтов понимают пространственное расположение элементов грунта с разным составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте (например, слоистые текстуры песча- но-глинистых грунтов). Текстурные особенности грунтов определяют пути фильтрации воды, интенсивность и направление деформаций сдвига массива грунта.

Земляное полотно автомобильных дорог обычно возводится из местных (притрассовых) или привозных (карьерных) грунтов. Они делятся на две группы: сыпучие (пески, щебень, гравий) и связные (глины, суглинки, супеси). На технологические свойства первых негативно не действуют отрицательные температуры, вторые – смерзаются, затрудняя их резание, перемещение и уплотнение. По сложности технологической переработки сыпучие грунты характеризуются баллом 1, а связные – 2. Таким образом, строительство и эксплуатация автомобильных дорог производятся в разных климатических районах, на разных грунтовых основаниях и из разных грунтов.

1.2. Физические свойства грунтов

Характеристики плотности грунтов и плотности их сложения

Одной из основных характеристик грунта является плотность. Для грунтов различают: плотность частиц грунта ρs – отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта; плотность грунта ρ – отношение массы грунта (включая массу воды в порах) к занимаемому этим грунтом объему; плотность сухого грунта ρd – отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему (включая имеющиеся в этом грунте поры). Плотность частиц песчаных и пылевато-глинистых грунтов приведена в табл. 1.1.

Таблица 1 . 1 Плотность частиц S песчаных и пылевато-глинистых грунтов

8

Плотность грунта определяется путем отбора проб грунта ненарушенного сложения и последующего анализа в лабораторных условиях. В полевых условиях плотность грунта определяется зондированием и радиоизотопным методом, а для крупнообломочных грунтов – методом «шурфа – лунки».

Плотность сложения грунта (степень уплотненности) характеризуется пористостью n или коэффициентом пористости еи плотностью сухого грунта.

Влажность грунтов и характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов

Влажность грунтов определяют высушиванием пробы грунта при температуре 105 °С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсолютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в небольших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов – это влажности на границах текучести ωL и раскатывания ωp, определяемые в лабораторных условиях, а также число пластичности Ip и показатель текучести IL. Характеристики ωL, ωp и Iр являются косвенными показателями состава (гранулометрического и минералогического) пылевато-глинистых грунтов. Высокие значения этих характеристик свойственны грунтам с большим содержанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит.

1.3. Классификация грунтов

Грунты подразделяются на два класса: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

Вклассе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические

иосадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости

ирастворимости в соответствии с табл. 1.2. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2–3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные – закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные и нескальные грунты.

9

Таблица 1 . 2

Нескальные грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, обжиг и др.) и пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты

(см. табл. 1.2).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пы- левато-глинистые, биогенные и почвы.

К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные – это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности Iр < 1 %).

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.3) и степени влажности (табл. 1.4).

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом.

10