Przekrój zerowy - jest to przekrój w którym powierzchnia nasypów = powierzchni wykopów.
Bilans poprzeczny. Na podstawie tabelarycznego zestawienia powierzchni przekroju w punktach charakterystycznych wykonuje się wykresy, które obrazują wielkość wykopów i nasypów w każdym przekroju, przyjmując niweletę drogi jako linię odniesienia. Później rysujemy wykres objętości mas oraz wykres transportu. Wykopy bilansuje się z nasypami. Na podstawie tych wykresów można ustalić rodzaj sprzętu i transportu niezbędnego do ekonomicznego przewozu mas ziemnych.
Czym kierujemy się przy bilansie podłużnym: - odległość transportu powinna być nie większa niż kilka km; - w miarę możliwości roboty powinny się bilansować na krótkich odcinkach; - średnia odległość transportu powinna uwzględniać rodzaj sprzętu transportowego, który mamy do dyspozycji; - powinno się uwzględniać koszty; - przy wyborze różnych środków transportu decydujące są koszty; - rodzaj gruntu (przydatność gruntu do wykonania nasypów)
Przy wyborze środków transportu kierujemy się następującymi zasadami: - przy odległości do kilkudziesięciu metrów posługujemy się spychaczami; - kilkusetmetrami - zgarniarkami; - kilku km - koparkami i samochodami
Przygotowanie do robót ziemnych: - wytyczenie punktów charakterystycznych przez geodetę (początek, koniec trasy; punkty główne łuku poziomego [pkp,pł,śł,kł,kkp]; punkty główne łuku pionowego [pł,śł,kł]); - punkty stałe (skrzyżowania z drogami, koleją); - hektometry, gdy będzie długi odcinek; - co około 500-1000m wynosi się repery robocze (stosuje się na stałych obiektach, powinny być wyznaczone z dokładnością do 0,5m); - odległości między punktami powinny być nie mniejsze jak 20-50m; - punkty główne załamania wnosi geodeta, następnie wyznacza się pas robót ziemnych.; - paliki: wykonać wykop 25cm od góry palika, numeracja (numery powinny być wprowadzone na planie sytuacyjnym), na karteczkach nr palików i głębokość lub wysokość.
Rozpoczęcie robót ziemnych: - usunięcie wszystkich przeszkód w obszarze robót (drzewa o ø>15cm, krzewy, stare budynki i piwnice należy rozebrać, fundamenty - gdy wysokość nasypu jest 2m nad fundamentem to wtedy można je zostawić); - zebrać darninę (pryzmy darniny wysokości do 1m trawą do dołu, co jakiś czas polewając wodą); - zebranie ziemi urodzajnej (j.w.); - usunięcie kamieni; -odprowadzenie wody.
Konstrukcja nasypu: Gdy nasyp jest na stoku, celem zapewnienia stabilności wykonujemy stopnie (gdy w podłożu jest grunt nieprzepuszczalny to pochylenie stopni w kierunku stoku wynosi 4%, wysokość stopni 0,5-1m). Grunty przepuszczalne - spadek odwrotny. Gdy chcemy poszerzyć nasyp - stosujemy stopnie. Gdy pochylenie zbocza jest >1:2 wykonujemy wzmocnienie ścianami oporowymi, obliczamy stateczność.
Przewidywane osiadanie nie większe niż 10cm, gdy są większe osiadania to stosujemy jedną z metod wzmocnienia gruntu: wymiana gruntu; wstępne przeciążenie (nasyp wyższy niż trzeba - osiada, zdejmujemy jego nadmiar); odziarnienie, stabilizacja nasypu - wzmocnienie; zagęszczenie wgłębne (wbijanie pali, wibratory wgłębne); zastosowanie geosyntetyków.
Umocnienie warstw: najtańszą i najczęstszą metodą jest umocnienie trawą (darnina - jeżeli jest dostepna, musi być gęsta), musi być humus.
Wymagania stawiane gruntom użytym do wykonania nasypów: grunty układamy warstwami, nie mieszając rodzajów ze sobą - gr. 20-30cm; w przypadku gr. nieprzepuszczalnego górna warstwa powinna mieć spadek 4-6%; górna warstwa o gr. 0,5m (od niwelety) powinna być wykonana z gr. niespoistych niewysadzinowych; poniżej granicy przemarzania można użyć bez zastrzeżeń [żwir, pospółkę, piasek, piasek gliniasty, żużel wielkopiecowy], z zastrzeżeniami [piaski pylaste, pyły, pyły piaszczyste, gliny, gliny piaszczyste, piaski próchnicze] - muszą być zabezpieczone przed wodą; powyżej strefy przemarzania - bez zastrzeżeń [żwiry, pospółki, piaski grube, średnie], z zastrzeżeniami [żwiry gliniaste, pospółki gliniaste, piaski gliniaste, pylaste, pyły piaszczyste, pyły, gliny, mieszaniny popiołowo-żużlowe] - przy tych gruntach wykonujemy stabilizację cementem. W wykopach do granicy przemarzania grunty niewysadzinowe (gr. wątpliwe wymagają stabilizacji). Humus dodajemy poniżej granicy przemarzania, nie stosuje się na wyższe warstwy. Do górnych warstw nie nadają się grunty spoiste o granicy płynności >30%.Grunty bez zastrzeżeń (niewysadzinowe) to: żwiry, pospółki, Pś, Pr, Pd, żużle nierozpadowe; wątpliwe - piaski gliniaste, zwietrzeliny gliniaste, żwiry i pospółki gliniaste; grunty wysadzinowe to wszystkie gliny zwięzłe; bardzo wysadzinowe są piaski gliniaste, pyły piaszczyste, gliny. O wielkości wysadziny decydują: podciąganie kapilarne tym większe im drobniejszy grunt, zasilanie od góry, wodoprzepuszczalność. Do nasypów stosuje się mieszanki popioło-żwirowe. Grunty kamieniste gruboziarniste mogą być stosowane: poniżej warstwy przemarzania w celu przepuszczenia wody; w nasypie, gdy grunt gruboziarnisty stosujemy z drobnoziarnistym (wymieszany).
Wykonanie nasypów na gruntach nienośnych: (niska nośność), gdy grunty są nienośne należy wykonać badania 3m poniżej warstwy nienośnej, pobrać próbki do badań lab., dokonać obliczeń stateczności nasypu, wartości i czasu osiadania, zaleca się żeby nasyp był wykonany ok. 1 roku przed wykonaniem nawierzchni, zaleca się stosowanie metod przyśpieszających osiadanie (przeciążenia, drenaż poziomy i pionowy, geosyntetyki). Gdy osiadania są nadal spodziewane, wykonuje się nawierzchnie tymczasowe (da się je rozebrać i przełożyć - nie stosuje się nawierzchni bitumicznej, betonowej).
Wykonywanie nasypów z mieszanin popiołowo-żużlowych. Cechy tych mieszanin zależą od pochodzenia i muszą być za każdym razem zbadane pod kątem oddziaływania na środowisko oraz niezmienności cech w czasie pod wpływem wiatru, wody, mrozu. Ich własności zależą od miejsca zrzutu tj. odległości od miejsca zrzutu. Przy mieszaninach popiołowo-żużlowych występuje wilgotność krytyczna 50-70%. Gdy zostanie osiągnięta to kąt tarcia wewnętrznego gwałtownie spada. Trzeba te warstwy chronić od nadmiaru wody. Mieszaniny te mają wysoki kąt tarcia wewnętrznego nawet do 40%. Niską kapilarność do 1,4. Wysoki wskaźnik CBR 14-58%. Niskie pęcznienie. Cechy istotne mieszanin popiołów lotnych: - niezmienność cech w czasie; - lekkie, gęstość około 1; - popioły miesza się z gruntem, po 2-3 dniach następuje scementowanie gruntu. Wykonywanie nasypów: - gdy poziom zwg jest tuż pod powierzchnią, jeżeli mamy grunty spoiste to powierzchnia ze spadkiem 4-5%, warstwy odcinające wykonujemy z materiałów przepuszczalnych (piaski, pospółki); - gdy nasyp jest na terenach zalewowych wykonujemy warstwę drenującą odporną na działanie wody; - gdy poziom zwg jest ponad 1m poniżej powierzchni terenu to nie wykonujemy żadnych specjalnych warstw.
Wykonywanie nasypów: - kładziemy jednorodnymi warstwami i zagęszczamy - zaleca się wykonać nasyp szerszy i ściąć go potem po bokach; - warstwą izolacyjną może być nawierzchnia nieprzepuszczalna dla wody, grunty stabilizowane cementem lub asfaltem, w szczególnych przypadkach może być to folia.
Wykonywanie nasypów w pobliżu przyczółków: - do tego miejsca gdzie jest możliwość dojścia - wykonywać tak jak nasyp; - tam gdzie nie da się dojść - wykonywać stabilizację; - zapewnienie odpowiedniego odwodnienia (woda to dodatkowy ciężar, upłynnienie gruntu, zimą zamarznięcie); - w ścianie umieszczamy rurki, którymi woda będzie wypływać - można użyć geodrenów.
Wykonywanie nasypów nad przepustami: - nadsyp nad przepustem musi mieć grubość min. 0,5m; - należy obsypywać i stabilizować grunt z obu stron.
Zagęszczanie nasypów w pobliżu urządzeń obcych: - w przypadku kabli należy usuwać z nasypu kamienie. Grunt do zasypywania: piaski, żwiry lub ewentualnie żużle.
Nasypy w gruntach ściśliwych: - ośrodki ściśliwe - grunty słabonośne (grunty w stanie upłynnionym, organiczne - namuły gliniaste, piaszczyste, torfy). Kategorie gruntów słabonośnych: - twarde torfy (można w nim zrobić wykop, można po nim chodzić, od wilgotnego do bardzo wilgotnego) (jeżeli torf jest do 1m to go usuwamy, przy nasypie na krótkim odcinku wbijamy wzdłuż potencjalnego nasypu ścianki szczelne, można ewentualnie zostawić przy grubości do 1m połowę jego grubości jeżeli są jakieś problemy z jego usunięciem, jeżeli torfu jest 1-4m to można usunąć 1/3 niego, by przyśpieszyć osiadanie wykonać rowy poprzeczne które będą usuwać wyciskaną wodę); - miękkie namuły (wybieramy ile się da i zawieszamy nasyp na geotekstyliach); - pływający kożuch torfowy (żadna maszyna na to nie wjedzie, pozostaje usypywanie nasypu od czoła, osiadanie będą znaczne, powinno wykonywać się ten nasyp z gruntów sypkich, grunty niespoiste powinny być sypane co najmniej 0,5m ponad zwg).
Sączki pionowe: pale piaskowe (wzmacnia grunt słabonośny, jest przepuszczalny dla wody), dreny, pionowe wykonywane z geosyntetyków (wciska się w grunt listwy).
Wzmacnianie gruntów: źle jest gdy podbudowa jest nazbyt sztywna; stabilizacja spoiwem hydraulicznym (wapno można zastąpić popiołem lotnym).
Trzy fazy osiadania: - I - wzrastają naprężenia w zalegającym gruncie i przenoszą się na wodę, czyli wzrasta ciśnienie wody w porach, trwa zależnie od tego na ile zamkniemy odpływ wody z góry, czas trwania zależy też czy zastosowaliśmy jakiś odpływ wody; - II - wyciskanie wody czyli odpływ - osiadanie jest mniejsze niż ilość wyciśniętej wody; - III - nie zależy od ciśnienia wody w porach, osiadanie jest powodowane przemieszczaniem się cząstek organicznych, by występowało - muszą być pokonane siły między cząstkami gruntu.
Dla nas istotny jest czas osiadania, można go określić obliczając „St”, który jest zależny od wskaźnika porowatości, enometrycznego modułu ściśliwości, czasu, wskaźnika czasowego, grubości warstwy, przyrostu naprężeń. Stateczność nasypu na podłożu ściśliwym obliczymy z „qf”, gdzie ważne są spójność gruntu zalegającego pod nasypem, ciężar objętościowy gruntu słabego, rzut poziomy skarpy nasypu, zagłębienie warstwy słabej poniżej powierzchni terenu.
Po zakończeniu robót skarpy należy umocnić. Najprostsze umocnienie to 10-15 cm humusu i obsianie trawą.
Formowanie skarp: pochylenie dopuszczalne ok. 1:1,5. Skarpy powinny być zagęszczone, zaleca się wykonanie nasypu szerszego, zabezpieczyć przed wodą (dosiać trawy, 10-15cm humusu) odbiór umocnienia skarp po ok. 6m od obsiania trawą, pow. gdzie nie wyrosła trawa nie większa niż 2%. Na skarpie nie powinny występować kamienie >8cm. Nadmiar gruntu składamy na odkład do wyrobisk, odkład nie wyższy niż >2,5m, wykorzystać go do ochrony przed wodą spływającą, zaspami ( najlepiej od strony zach.) nie może być zbyt blisko, odkład może służyć jako bariera dźwiękochłonna. Ze względu na śnieg odległość między odkładami 20-30m, nie zaleca się stosowanie odkładów gdy stok jest stromy.
Do kontroli wykonania nasypu sprawdzamy: wskaźnik nośności CBR; przy badaniu płytą VSS określa się moduł ściśliwości wtórnej lub pierwotnej, stosuje się wskaźnik zagęszczenia Ic=E2wtó./E1pirw. Inne kryteria to Io, lepiej gdy E2/E1 będzie małe, im mniej siądzie tym moduł większy; dla żwirów i pospółek przy Is≥1,0,Io≤2,2, dla Is<1 to Io≤2,5; dla pyłów, glin, glin zwięzłych, iłów Io≤2,0, żwirów, pospółek gliniastych, pyłów piaszczystych, Pg, glin piaszczystych i glin piaszczystych zw. Io<3,0; dla narzutów kamiennych Io<4,0; dla gr. ulepszonych spoiwami hydraulicznymi Io≤2,2.
Przy zagęszczeniu gruntów wilgotność jego powinna być równa wilgotności optymalnej z wyjątkiem przypadku gdy zagęszczamy wibracyjnie, wtedy zaleca się stosować wilgotności nieco mniejsze. Jeżeli grunt ma wilgotność > wilgotności optymalnej to zaleca się przesuszenie go lub dodanie spoiw hydraulicznych.
Odległość między otworami badawczymi max 200m, szerokość pasa do rozeznania 50m, głębokość wierceń 3m (wykopy i nasypy), gdy nasyp h>3m to wiercenie do 4m. Gdy podłoże jest zróżnicowane pod względem budowy to odległości między otworami 100m, a szerokość 30m. Przy gruntach słabonośnych sięgamy poniżej warstwy słabonośnej na 3m.
Kryterium przydatności gruntu: - stopień zagęszczenia; - wskaźnik nośności (CBR); - moduł odkształcenia płytą VSS; - wskaźnik osiadania - iloraz modułu ściśliwości wtórnego do pierwotnego; - wskaźnik pęcznienia (pęcznienie - iloraz przyrostu wysokości pod wpływem nasycenia wodą do wysokości przed nasyceniem).
Oddziaływanie mrozu na grunt: - w gruntach sypkich w czasie zamarzania woda jest wypierana przez co wilgotność się obniża (mniejsze są soczewki lodu niż by to wyglądało z wilgotności pierwotnej), powstające soczewki wypełniają wolne przestrzenie między ziarnami, ogólnie nic złego się w nich nie dzieje; - w gruntach spoistych tempo oraz wielkość bryły lodu powstającej w strefie przemarzania zależy od wilgotności, kapilarnego podciągania, wielkości naprężeń (im wyższe naprężenia tym mniejszy przyrost), od wskaźnika mrozu (jest to suma max temp. w ciągu doby w ciągu dnia i w ciągu nocy; czas trwania tych temp. ujemnych; odległość od granicy przemarzania), powierzchni właściwej gruntu (jest to suma powierzchni ziarn w jednostce objętości - większa w spoistych); - w gruntach wysadzinowych (pyły, piaski gliniaste - mała przepuszczalność, duża kapilarność), wilgotność w okresie jesienno-wiosennym może wzrastać o 200%.
Zabezpieczenie przed przenikaniem wody opadowej jest szczególnie istotne w obrębie poboczy (najczęściej nieutwardzonych).
Sposoby zabezpieczenia przed wysadzinami. Przyczyny (temperatura, występowanie wody). Co robić by się zabezpieczyć: - podwyższenie nasypu; - obniżenie zwg; - odcięcie dopływu wody; - takie wzmocnienie podłoża gruntowego, by mróz nie mógł nic zdziałać (stabilizacja/dogęszczenie gruntu); - jeżeli podłoże jest nieprzepuszczalne to wykonujemy warstwę przepuszczalną z gruntów niespoistych (żwiry, pospółki, piaski grube, średnie, ew. piaski drobne); - warstwa odsączająca jako jedna z warstw nawierzchni przyczynia się do rozkładu naprężeń, odprowadza wodę, zabezpiecza przed upłynnieniem podłoża gruntowego wodą przenikającą przez nawierzchnię, przerywa kapilarne podciąganie; - można pogrubić nawierzchnię (gdy warstwa odsączająca nie jest zamulona); - czasowe zamknięcie drogi dla ruchu; - rowki robione na poboczach (poprzeczne do osi jezdni, wypełnia się materiałem przepuszczalnym, mogą być rowki podłużne); - czyszczenie pobocza i nawierzchni z lodu i śniegu; - skarpy są niszczone w okresie wiosennym przez wodę spływającą z nawierzchni jak i spod nawierzchni; - w skarpie odpływ wody trzeba ukierunkować.
Maszyny stosowane do robót ziemnych: - zgarniarka (grunty kat. I-IV - pod podwoziem ma skrzynię, przewóz gruntu 100m-do kilku km); - równiarka (ma tylko lemiesz między osią przednią, a tylnią, lemiesz można ustawiać w trzech płaszczyznach, istnieje możliwość nałożenia nakładki przedłużającej lemiesz poza obrys maszyny, odległość transportu 10-30m); - spychacz - lemiesz ma przed sobą (odległość 30-60m); - ładowarka - ma łyżkę z przodu; - koparka (przedsiębierna, podsiębierna, zgarniakowe, chwytakowa); - koparko-spycharka.
Maszyny stosowane do zagęszczania gruntu i nawierzchni: - walce (gładkie, ogumione, okołcowane) mogą być statyczne i dynamiczne; - zagęszczarki (płytowe, stopowe).
Maszyny używane do transportu gruntu: - kolejki szynowe; - pojazdy skrzynkowe; - transportery taśmowe, kubełkowe; - hydrotransport.
Organizacja robót zmechanizowanych. Roboty są zmechanizowane gdy min 85% robót jest wykonywana przez maszyny. Teren robót oznacza się palikami w osi 20m, 50m w poprzek dublujemy paliki.
Organizacja wykonywania wykopów: - metoda czołowa (stosowana jest w terenie falistym i górzystym przy przejściu stosunkowo krótkich wzniesień. Wykop wykonuje się od razu na całej szerokości przekroju poprzecznego. Do zalet zalicza się wykonywanie wykopu warstwami o dużej głębokości, wadą jest mały front robót, a zatem wolne tempo pracy. Wykop wykonujemy na głębokości docelowych przy robotach ręcznych głębokość do 2m, przez zmechanizowany do głębokości rzędu 5m), - boczna (stosowana w przekopach odcinkowych), - warstwowa (stosowana jest w terenie płaskim lub lekko falistym. gdy mamy głęboki wykop i nie ma możliwości na jeden raz wykopanie go, grunty mogą się zmieniać na dużych głębokościach i zbieramy wówczas warstwowo. Wykop wykonuje się cienkimi warstwami, grubości kilkunastu cm, od razu na całej szerokości przekroju poprzecznego).
Organizacja wykonywania nasypów: - metoda warstwowa (równocześnie z budową nasypu następuje równomierne i stopniowe jego zagęszczanie wskutek ciągłych przejazdów środków transportu oraz maszyn lub przyrządów do zagęszczania. Grubość usypywanych warstw wynosi orientacyjnie 30-50 cm. Grubszych warstw nie należy stosować ze względu na problemy z zagęszczeniem); - metoda boczna (polega na bocznym nasypywaniu dowożonych mas ziemnych od razu na całą ich wysokość. Zaletę stanowi możliwość jednoczesnego wyładowania długich zestawów środków transportowych, wadą jest nierównomierne osiadanie, gdy spadek skarpy jest większy niż 10% to wykonujemy stopnie w zależności od rodzaju podłoża); - metoda czołowa (nie zapewnia właściwego zagęszczenia należy wobec tego wykonywać nasyp dwuwarstwowy, przy czym górna warstwa o grubości większej 0,5 m dobrze zagęszczona).