Объемы работ при строительстве земляного полотна на автомобильных дорогах в большой степени зависят от категории дороги и рельефа местности. В зависимости от категории дороги изменяются ширина земляного полотна, требования к максимальному продольному уклону и минимальному возвышению бровки земляного полотна над поверхностью земли. От рельефа местности зависят преобладающие типы поперечных профилей земляного полотна: в равнинной местности невысокие насыпи с высотой малоизменяющейся по длине дороги, в пересеченной и холмистой местности имеют место чередующиеся насыпи и выемки, при этом глубина выемок и высота насыпей изменяются в широком диапазоне.

Выбору способов и технологий строительства земляного полотна предшествует решение задачи о распределении земляных масс. Длительное время было принято считать, что оптимальным вариантом продольного профиля дороги считается такой, при котором объем грунта, полученного при разработке выемок, равен объему грунта, необходимого для отсыпки насыпей. Однако при расположении дороги в равнинной местности на участках большой протяженности может не быть выемок. К тому же в выемках может быть грунт не пригодный для отсыпки насыпей. В этих случаях следует использовать другие источники грунта — боковые резервы или грунтовые карьеры. Баланс земляных масс определяется следующим соотношением:

V ^H  = V ^В + V ^Б P  + V ^ГК

(1) где

V H — объем грунта, требуемый для отсыпки насыпей;

V В — объем грунта получаемый при разработке выемок;

V Б P — объем грунта из боковых резервов;

V ГК — объем грунта из грунтовых карьеров.

Распределение земляных масс осуществляется в следующей последовательности:

на основе попикетной ведомости объемов земляных работ строят линейный график (рис. 1);

График распределения земляных масс (в скобках приведены объемы перемещаемого грунта, без скобок — профильный объем с учетом уплотнения)

проводят анализ геологического разреза в местах расположения выемок и оценивают возможность использования получаемых из выемок грунтов для отсыпки насыпей;

определяют объем грунта из выемки пригодного для отсыпки насыпей V ^В;

выделяют участки с невысокой насыпью и оценивают возможность устройства вдоль этих участков боковых резервов с учетом ценности земель, условий водоотвода и пригодности грунтов;

вычисляют объем грунта, который можно получить из боковых резервов, V ^Б P;

проводят геологические изыскания и согласование с землепользователями возможных мест расположения грунтовых карьеров;

определяют условия разработки и запасы грунта потенциальных грунтовых карьеров V ^ГК;

определяют границы зон действия грунтовых карьеров;

вычисляют объемы требуемого из каждого карьера грунта V_j ^ГК ;

проверяют баланс земляных масс.

В общем случае при рассмотрении всей дороги баланс земляных масс принимает вид:

(2) где

V ^H  — общая потребность в насыпном грунте;

V_k^B — объем грунта из выемки с номером k;

p — общее число выемок;

V_i^БР — объем грунта из бокового резерва с номером i ;

n — общее число боковых резервов;

V_j^ГК — объем грунта из грунтового карьера с номером j ;

m — общее число грунтовых карьеров.

При составлении баланса земляных масс необходимо учитывать, что плотность грунта в насыпи больше, чем плотность естественного грунта в выемках, боковых резервах, грунтовых карьерах, то есть объем грунта из каждого источника должен быть увеличен в соответствии с соотношением этих плотностей.

При установлении зон действия грунтовых карьеров следует иметь в виду, что стоимость грунта, доставляемого из грунтовых карьеров, зависит от удаленности данного карьера от трассы автомобильной дороги, наличия и толщины вскрыши, затрат на подготовку подъездных дорог от карьера до трассы и стоимости разработки грунта, связанной с применяемым оборудованием.

Таким образом, стоимость одного кубометра грунта, доставляемого на трассу из карьера, будет определяться формулой:

С = Стр + Ср + Спр,

(3) где

С — стоимость 1 м3 грунта доставленного на трассу, руб/м3;

С тр — стоимость транспортирования 1 м3 грунта от карьера до места укладки в насыпи, руб/м3;

С р — стоимость разработки 1 м3 грунта в данном карьере, руб/м3;

С пр — примерная стоимость подготовительных работ данного карьера, отнесенная к 1 м3 руб/м3.

Решение задачи по установлению границ зон рационального применения грунта из каждого карьера можно представить графически (рис. 2).

                                                                                   Определение зон действия грунтовых карьеров

В результате распределения земляных масс работы по строительству земляного полотна распределяют на следующие три группы: отсыпка насыпей из грунта выемок; отсыпка насыпей из грунта карьеров и отсыпка насыпей из боковых резервов. В случае если весь или часть грунта из выемок не пригодна для отсыпки, выделяется группа работ по разработке выемок с перемещением грунта в отвал.

Каждый из указанных источников грунта имеет присущие ему преимущества и недостатки. Преимущества грунта из выемок состоят в том, что в этом случае минимальный ущерб наносится природе, не требуется дополнительная территория для резервов или карьеров, нет необходимости в специальных площадках (отвалах) для размещения грунта из выемок. Как правило, грунт направляется из выемки в рядом расположенную насыпь, что уменьшает дальность перемещения грунта и сокращает затраты на строительство земляного полотна. Недостатком являются ограничения в выборе грунта, приходится работать с тем грунтом, что оказался в месте расположения выемки, он может быть пылеватым, переувлажненным или засоленным. Недостатком также является сам факт наличия выемки, ее снегозаносимость, более сложный водно-тепловой режим, трудности эксплуатации.

Основное преимущество насыпей из грунта боковых резервов состоит в том, что грунт перемещается на небольшое расстояние и стоимость возведения земляного полотна минимальна. Однако наличие вдоль дороги резерва приводит к тому, что в нем скапливается стекающая с дороги и прилегающей местности вода. Это приводит к заболачиванию резерва, избыточному увлажнению грунта насыпи, что существенно ухудшает условия работы дорожной одежды. Принято считать, что грунт из боковых резервов целесообразно применять для дорог низких технических категорий и в районах с сухим климатом.

При строительстве дорог I — III категорий отдают предпочтение насыпям, отсыпаемым из карьерного грунта. В этом случае представляется возможным при выборе места расположения карьера подобрать тип грунта, при разработке карьера удалять прослойки непригодного грунта. При необходимости возможно обогащение пылеватых глинистых грунтов посредством добавления к ним песчаных грунтов и перемешивания до укладки в насыпь. В этом случае удается достигать более высокого качества земляного полотна и получать насыпи со стабильными свойствами. Однако стоимость строительства насыпей из грунта карьеров, как правило, выше стоимости строительства насыпей из грунта выемок и боковых резервов.

Принято различать два способа отсыпки насыпей: послойный и с головы. Послойный способ предполагает разделение насыпи на горизонтальные слои толщиной до 50 см с доставкой грунта, его разравниванием и уплотнением. Толщина слоя устанавливается в зависимости от используемого оборудования для уплотнения.

Основное достоинство этого способа — возможность достижения высокой и одинаковой плотности грунта по всему сечению насыпи от нижних до верхних слоев. Такой способ позволяет вести отсыпку насыпей из различных грунтов (рис. 3, а).

При строительстве земляного полотна на участках пересечения болот, при размещении насыпи на слабых избыточно-увлажненных грунтах, при пересечении оврагов и в других случаях, когда осуществлять послойную укладку грунта становится затруднительно, а иногда невозможно, применяют способ отсыпки насыпи «с головы», то есть весь объем грунта до проектной отметки насыпают сразу, и так на всем протяжении участка (рис. 3, б).

Недостаток этого способа — необходимость уплотнения грунта сразу на всю высоту насыпи, что — труднодостижимо. В этом случае требуется время, чтобы дополнительное уплотнение произошло под действием собственного веса и проезжающих автомобилей.

Возможна и комбинация указанных способов — нижнюю часть насыпи отсыпают «с головы», а несколько верхних слоев — послойно (рис. 3, в).

Разработка выемок в зависимости от их глубины возможна несколькими способами. При глубине до 6 м наиболее часто применяется лобовой способ, когда экскаватор в состоянии разрабатывать грунт сразу по всему сечению. При невозможности лобового способа при выемках глубиной более 6 м сечение выемки разбивают на несколько ярусов. Разработку выемок можно вести в поперечном (при коротких и широких выемках) и продольном направлениях. Это позволяет увеличивать темп ведения работ.

В проекте организации работ по строительству земляного полотна предусматривают разделение дороги на участки с одинаковым видом работ: насыпи из выемок, насыпи из боковых резервов, насыпи из грунта карьеров.