7.7. Определение объемов земляных работ

Для составления проекта организации работ, выбора типов дорожных машин и оценки стоимости строительства должны быть определены объемы земляных работ, которые требуется выполнить при возведении земляного полотна на отдельных участках и дороге в целом. Объемы земляных работ подсчитывают на основании рабочих отметок, снятых с продольного профиля.

Короткий участок насыпи между двумя смежными переломами продольного профиля при отсутствии поперечного уклона местности может рассматриваться как правильное геометрическое тело – призматоид с трапецеидальными основаниями (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Схема к определению объемов насыпей и выемок при горизонтальной поверхности грунта

При небольшой разнице смежных отметок H₁ и H₂ (менее 1,0 м) для определения земляных работ можно использовать упрощенные выражения: . Это уравнение одинаково пригодно для определения объемов насыпей и выемок.

Однако при равных рабочих отметках и равной ширине проезжих частей и обочин объемы выемок больше объемов насыпей за счет дополнительного объема, связанного с наличием боковых канав (рис. 7.15). Рассмотренные формулы относятся к прямым участкам дороги в плане и профиле.

Рис. 7.15. Различие в объемах насыпей и выемок при одинаковых рабочих отметках

Однако при современных методах трассирования дорог клотоидными кривыми в плане и вертикальными кривыми в продольном профиле ось дороги является криволинейной. Кривизна дороги в плане в равнинной местности не отражается на объемах земляных работ. Согласно теореме Гюльдена, объем тела вращения равен произведению площади его сечения на длину траектории центра тяжести. При отсутствии поперечного уклона местности центр тяжести земляного полотна расположен на его оси, по которой ведется измерение длины трассы.

В связи с плавностью изменения радиусов кривизны клотоид больших радиусов можно считать, что кривизна остается постоянной в пределах коротких участков, для которых ведется подсчет земляных работ.

Кривизна в продольном профиле требует учета (рис. 7.16). Ее игнорирование при большой длине участка между сечениями может вносить существенные погрешности. Поэтому в местах, где кривизна может вносить существенные искажения в результаты расчетов, целесообразно принимать длины участков, не превышающие 50 м.

Рис. 7.16. Неучитываемые объемы при подсчете земляных работ на участках вертикальных кривых: 1 – неучитываемая площадь в продольном профиле; 2 – неучитываемая площадь в поперечном сечении

Для подсчетов объемов земляных работ возможно использование специальных таблиц (Митин Н. А. Таблицы для подсчета объемов земляного полотна автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1977), составленных для различной ширины земляного полотна. Обычно в таблицах приводятся значения объемов земляного полотна для разных значений суммы рабочих отметок Н₁+Н₂ при разной длине участка L. Для удобства подсчетов объем боковых канав включают в объем выемок. При подсчете насыпей объем боковых канав учитывают дополнительно по специальным таблицам.

В настоящее время подсчет объемов земляных работ ведут на ЭВМ по результатам проектирования продольного профиля.

Поперечный уклон местности менее 100‰ мало влияет на объем работ и при подсчете не принимается во внимание. Для подсчета объемов земляных работ на косогорных участках должны быть вычерчены поперечные профили земляного полотна в характерных точках (рис. 7.17). Площади выемок и насыпной части измеряют обводкой планиметром или путем разбивки сложного сечения на простейшие фигуры.

Рис. 7.17. Поперечные профили земляного полотна на косогоре

Мосты длиной по настилу менее 4 м и трубы при подсчете объемов земляных работ для упрощения не учитывают, т.е. считают их как бы заполненными землей.

Для более точного учета объема земляных работ, которые необходимо выполнить при строительстве дороги, к объемам, вычисленным по формулам, необходимо вводить поправки, учитывающие:

1. влияние разности смежных отметок, если она превышает 1,0 м;

2. дополнительные объемы земляных работ по удалению растительного грунта, по отсыпке конусов у искусственных сооружений;

3. объемы, занимаемые в готовой дороге дорожной одеждой (так называемую поправку на устройство дорожной одежды);

4. различие в степени уплотнения грунта в условиях естественного залегания и в насыпях после искусственного уплотнения; просадки насыпей в слабые основания (торф, рыхлые грунты).

Кроме того, на дополнительные и не учтенные в проекте работы вводят поправочный коэффициент 1,05-1,10 на общий объем земляных работ.

При введении поправки на устройство дорожной одежды учитывают способы отсыпки обочин. Эту поправку при подсчете объемов насыпи вводят с отрицательным знаком, так как земляные работы уменьшаются на объем, занимаемый дорожной одеждой. В выемках поправка на устройство дорожной одежды, наоборот, увеличивает объем земляных работ, поэтому вводится с положительным знаком.

Введение поправок на искусственное уплотнение грунта в насыпях связано с тем, что требуемая плотность грунта в земляном полотне, обеспечивающая его прочность и устойчивость, должна быть больше плотности грунта в условиях естественного залегания. Поэтому объемы насыпей, как правило, меньше объемов тех резервов, из которых их отсыпают. Значение поправочного коэффициента может быть установлено путем сопоставления плотности грунта в условиях естественного залегания с плотностью грунта, которую необходимо обеспечить в земляном полотне.

Просадки насыпей на участках, расположенных на слабых, уплотняющихся под насыпью или выжимаемых из-под нее грунтах, вычисляют при помощи методов оценки устойчивости земляного полотна.

Если грунты на отдельных участках дороги или даже в пределах одного поперечного профиля различны по трудности разработки, объемы земляных работ подсчитывают отдельно для каждой категории грунта. Это же относится к участкам с неблагоприятными грунтовыми и гидрологическими условиями, где верхнюю часть земляного полотна отсыпают из привозных песчаных грунтов.