BUDOWLE I ROBOTY ZIEMNE

Transkrypt

1 Opracowanie; Krzysztof Gradkowski, dr inż., Stanisław Żurawski, mgr inż I Wstęp 2 II Zapory ziemne 3 III Ochronne funkcje budowli ziemnych 8 IV Komunikacyjne budowle ziemne 11 V Gabarytowe kształtowanie budowli ziemnych 19 VI Obliczanie objętości liniowych robót ziemnych 28 VII Technika kształtowania komunikacyjnych budowli ziemnych 36 VIII Technologiczne wykonywanie budowli ziemnych 47 IX Odwadnianie budowli ziemnych 55 X Strefowe wzmacnianie budowli ziemnych 73 XI Geowłókniny i grunt zbrojony 81 Wykaz norm 88 Pytania kontrolne 89 Warszawa 2003

2 I. WSTĘP Zebrany materiał stanowi treść przedmiotu, Budowle i roboty ziemne prowadzonego na wydziale Inżynierii Lądowej PW, dla studentów studiów zaocznych i studiów II-go stopnia w specjalności Inżynieria Komunikacyjna. Jest to zakres podstawowy przedmiotu, dla którego założono, że student dysponuje podstawową wiedzą w dziedzinie mechaniki gruntów, geologii oraz podstaw projektowania dróg lądowych. Obok ogólnych wiadomości obejmujących budowle ziemne, rozwinięto aspekty projektowania i technologii wykonawczych dotyczących budowli liniowych. Szczególnie dużo uwagi poświęcono aktualnym wymogom normowym, w odniesieniu do budowli ziemnych typu autostradowego, dróg kołowych. Odrębnie opisano wymagania konstrukcyjne dla stref budowli ziemnych aktywnie współpracujących z nawierzchniami komunikacyjnymi. W celach dydaktycznych zamieszczono zestawy pytań, które dotyczą często praktycznych aspektów zastosowania Polskich Norm przy realizacji budowli ziemnej. Budowle ziemne to struktury przestrzenne, wykonane z gruntu budowlanego, w formie nasypów lub wykopów, wraz z urządzeniami odwadniającymi. Roboty ziemne to pełen zakres czynności technologicznych, których rezultatem jest budowla ziemna. Trywialnym przykładem budowli ziemnej jest dół, który powstał w wyniku usunięcia pewnych objętości gruntu. Kolejne pytania to czy dół ten służy czemuś, i ma określoną funkcję i przeznaczenie, co uczyniono z ukopaną objętością gruntu, w jaki sposób będzie odwadniany, oraz czy został wykonany przy optymalnym wydatku uogólnionej energii. Posługując się tym przykładem, można też ustalić, że formy budownictwa ziemnego należą do najstarszych typów technologicznej działalności ludzi. Za protagonistę współczesnego rozwoju budownictwa ziemnego w Polsce można też uważać Tadeusza Kościuszkę, który niezależnie od swoich dokonań i czynów był inżynierem cywilnym, a w ówczesnym znaczeniu, saperem. Nie przypadkiem też pamięć o nim została utrwalona przez społeczeństwo polskie wzniesieniem Kopca Kościuszki. Rodzaje i podział budowli ziemnych Ustalenie podziałów i rodzajów budowli ziemnych wynikać może głównie z kryteriów, które są przyjmowane w ich rozróżnianiu. Jeżeli przyjmiemy za cechę rozmiary i kształt to prosty układ podziału wyróżnia liniowe budowle ziemne (dystansowe) i skoncentrowane budowle ziemne (lokalne). Należy też zauważyć, że ogólny koszt realizacji budowli ziemnej, w zakresie budownictwa komunikacyjnego, na ogół liniowego, może przekraczać nawet 60% kosztu realizacji całej inwestycji, a w przypadku skupionej budowli ziemnej zaledwie kilka procent. Innym podziałem może być rozróżnienie funkcji użytkowych budowli ziemnych, które najczęściej nie występują samodzielnie lecz w pełnym układzie konstrukcyjnym, np. dróg. Nie mniej możemy wyróżnić budowle ziemne stanowiące: zapory ziemne, wały przeciw powodziowe, tamy i groble ziemne, jako użytkowe obiekty budowlane. Występują też budowle ziemne stanowiące funkcje: ochronne (przeciwhałasowe, wibroizolacyjne), ozdobne (kopce, kurhany) i obronne (forty, schrony, transzeje) 2

3 II. ZAPORY ZIEMNE Zapory ziemne są konstrukcjami wykonywanymi z gruntu rodzimego, kamienia łamanego lub rumoszu skalnego i są przystosowane do ciągłego (stałego, długookresowego) piętrzenia wody. Podstawowymi elementami odróżniającymi zapory ziemne od innych ziemnych budowli wodnych (wały przeciwpowodziowe, grodzie, groble, nasypy osadników) są zabezpieczenia przed szkodliwymi skutkami filtracji. Zapory ziemne można wznosić w zasadzie na każdym podłożu. Nie zaleca się wznoszenia zapór ziemnych na gruntach organicznych o dużej zawartości części rozkładających się(torfy) i na podłożach podatnych na sufozję chemiczną, to znaczy takich, na których mogą zachodzić zjawiska krasowe (w Polsce: jura krakowsko-częstochowskowieluńska). Uwaga ta dotyczy lokalizacji wszelkich budowli i budynków. Zapory ziemne mogą piętrzyć wodę na duże wysokości, podobnie jak zapory betonowe. Należy zwrócić uwagę, że do budowy zapór ziemnych potrzebne są ogromne ilości materiału. Wymagania w zakresie stateczności skarp powodują, że zapory ziemne osiągają w podstawach wielkie wymiary, np. 300-metrowej wysokości ziemno-narzutowa zapora Nurek w Tadżykistanie ma podstawę szerokości około 1,3 km. 1. Podstawowe typy zapór ziemnych Zgodnie z ustaleniami Międzynarodowej Komisji Wysokich Zapór rozróżnia się trzy podstawowe typy zapór ziemnych. Jest to podział uwzględniający materiały, z których zostały zbudowane zapory. Zapory ziemne budowle, których główny masyw, zapewniający ich stateczność, wykonany jest z zagęszczonego gruntu). Najwyższe na świecie: Oroville (USA) 230,0 m, Swift (USA) 186,0 m, Bennetta (Kanada) 183,0. W Polsce: Wisła-Czarne 36,5 m, Dobczyce 30,6 m, Dobromierz 28,0 m. Zapory narzutowe zapory, których główny masyw wykonany jest z kamienia łamanego i rumoszu kamiennego.). Najwyższe na świecie: New Melones (USA) 191,0 m, Darthmouth (Australia) 180,0 m, Takase (Japonia) 176,0 m. W Polsce nie ma. Zapory ziemno-narzutowe zapory, których korpus wykonany jest częściowo z gruntu i częściowo z narzutu kamiennego.. Najwyższe na świecie: Nurek (Tadżykistan) 300,0 m, Chicoasen (Meksyk) 261,0 m, Guavio (Kolumbia) 246,0 m. W Polsce Czorsztyn 60,0 m, Tresna 39,0 m, Klimkówka 34,0 m. Z punktu widzenia zabezpieczenia przed szkodliwymi skutkami infiltracji (rys1) zapory ziemne dzielimy na: zapory jednorodne wykonane z jednego rodzaju gruntów nieskalistych (Koronowo), zapory strefowane wykonane z kilku rodzajów gruntu, rozmieszczonych w sposób zapewniający bezpieczną filtrację, zapory z uszczelnieniami wewnętrznymi zapory z rdzeniami, zapory z uszczelnieniami skarpowymi zapory z ekranami. Ze względu na sposób wykonania zapory mogą być: sypane (Tresna, Dobczyce) narzutowe, namywane (Koronowo). Na jednym stopniu wodnym mogą występować dwa rodzaje zapór ziemnych: 3

4 zapory czołowe są podstawowymi budowlami piętrzącymi wchodzącymi w skład głównych budowli stopnia, zapory boczne budowane w celu ograniczenia wielkości zbiorników i ochrony miejscowości i terenów przyległych (np. Wieliszew i Nieporęt przy zbiorniku Zegrze na Narwi, czy też przedmieścia Żywca przy zbiorniku w Tresnej na Sole). Rysunek 1 2. Główne elementy zapór ziemnych Zapora ziemna w przekroju poprzecznym ma kształt zbliżony do trapezu. Korpus zapory to nasyp ziemny lub narzut kamienny wzniesiony nad podłożem. W korpusie można wyróżnić części statyczne (nasypy statyczne), elementy uszczelniające, drenaże, warstwy przejściowe i filtry odwrotne. Górna płaszczyzna korpusu to korona zapory. Dolna płaszczyzna korpusu jest podstawą zapory. Pochylone powierzchnie boczne to skarpy odwodna (górna)i odpowietrzna (dolna). Skarpy mają nachylenia określane stosunkiem wysokości zapory do rzutów skarp na ich płaszczyzny posadowienia. Nachylenia skarp na swojej długości mogą być stałe lub zmienne. W przypadku zapór wysokich skarpy (szczególnie odpowietrzne) bywają rozdzielane ławeczkami, stanowiącymi przejścia robocze i służącymi do ujmowania wód opadowych, spływających po powierzchniach skarp. Wewnątrz korpusów zapór znajdują się uszczelnienia w postaci rdzeni wykonanych z gruntów spoistych (rys.2.i 3) lub w postaci sztywnych konstrukcji (przepon) żelbetowych, betonowych i asfaltobetonowych. Zdarzają się przepony z asfaltu, blachy i folii. Rdzenie mogą być pionowe, pochylone lub załamane w pionie. Zabezpieczenia skarpowe zmniejszające filtrację wykonywane są blisko skarp odpowietrznych w postaci ekranów z gruntów spoistych (Goczałkowice rys.4) oraz na skarpach zapór jako elementy sztywne z żelbetu (Głębinów) lub asfaltobetonu (Doboszyce rys. 5). Skarpy odwodne, jeśli nie mają żelbetowych lub asfaltobetonowych ekranów muszą być chronione przed falowaniem ubezpieczeniami skarpowymi (rys 2,3,4). Niekiedy korony zapór są dodatkowo chronione przed falowaniem za pomocą szczelnych murów, nazywanych parapetami (rys. 2 i.3) 4

5 Rysunek 2 Rysunek 3 Rysunek 4 Rysunek 5 5

6 3. Podstawowe wymiary zapór ziemnych Głównym elementem charakteryzującym zaporę jest jej wysokość, mierzona od podstawy wznoszonej konstrukcji w najniższym punkcie doliny do przyjętego poziomu korony. Ustalenie rzędnej korony zapory ma istotne znaczenie tak ze względu na zapewnienie bezpieczeństwa przed przelaniem i falowaniem, jak i na koszt budowy. Zapewnienie bezpieczeństwa przed przelaniem osiąga się przez zastosowanie odpowiedniej wielkości urządzeń upustowych w tym przelewowych i przez tzw. bezpieczne wzniesienie korony. Bezpieczne wzniesienia koron zapór oraz innych ziemnych budowli piętrzących nie powinny być mniejsze od 2,0 do 0,3m w zależności od klasy budowli. Rozróżnia się. cztery klasy ziemnych budowli piętrzących- I,II,III i IV. W wyjątkowych warunkach eksploatacji minimalne wzniesienie korony zapory ziemnej ponad poziom, jaki może wystąpić przy przejściu przepływu miarodajnego przy nieczynnym jednym przewodzie urządzeń upustowych lub przy przejściu przepływu kontrolnego, nie powinno być mniejsze niż 0,3 m. Bezpieczne wzniesienie korony [m] dla klas budowli Rodzaj budowli Warunki eksploatacji Nad statycznym poziomem wody nad poziomem wywołanym falowaniem I II III IV I II III IV Zapory ziemne i obwałowania Maksymalny lub normalny poziom 2,0 1,5 1,0 0,7 0,7 0,5 0,5 0,5 piętrzenia *) Miarodajny przepływ wezbraniowy 1,3 1,0 0,7 0,5 0,5 0,3 0,3 0,3 W wyjątkowych warunkach 0,3 0,3 0,3 0,3 Falowania nie uwzględnia się W przypadku zapór ziemnych z uszczelnieniami należy zapewnić odpowiednie, bezpieczne wzniesienie górnych krawędzi ekranów lub rdzeni. Szerokość korony zależy od zaplanowanych zadań. Minimalna szerokość korony powinna wynosić 3,0 m. Najczęściej jednak szerokość koron jest większa, w zależności od tego czy po koronie biegnie droga służbowa, czy publiczna. 6

7 Nachylenie skarp ustala się na podstawie obliczeń stateczności. W zależności od materiału, z którego budowana jest zapora, można przyjmować orientacyjne nachylenia skarp: z narzutu kamiennego 1:1,25 1:1,75 z grubych żwirów z otoczakami 1:1,75 1:2,25 z pospółek i żwirów 1:2,25 1:2,75 z piasków sypanych 1,2:75 1:3,5 z piasków namywanych 1:3,5 1:4,5 Urządzenia upustowe zapór ziemnych to przelewy i spusty, przy czym szczególną uwagę przykłada się do zwymiarowania i funkcjonowania przelewów powierzchniowych. Należy pamiętać, że bezwzględnie nie dopuszczalne jest przelanie się wody przez przelanie się wody przez koronę zapory ziemnej. Jest to równoznaczne z jej całkowitym zniszczeniem i z katastrofalną falą powodziową w dolinie poniżej zbiornika. Przelewy powierzchniowe, zbudowane jak jazy stałe (bez zamknięć), nazywane są często przelewami bezpieczeństwa. Woda, po przekroczeniu ustalonego poziomu, przelewa się samoczynnie przez próg przelewu, dzięki czemu nie następuje niebezpieczne nadpiętrzenie. Przelewy powierzchniowe wykonuje się bardzo często w postaci przelewów stokowych. Woda spływa po stoku odpowiednio wyprofilowanym korytem żelbetowy, na końcu którego znajduje się odskocznia i podłoże do rozpraszania energii. W przypadku zapór ziemnych niskich i średnich, w celu przepuszczani wód, instaluje się często betonowe budowle upustowe z przelewami powierzchniowymi i spustami. w postaci kilku rurociągów stalowych (o średnicy 1,4 i 0,8 m.), zamykanych zasuwami wodociągowymi. 7

8 III. OCHRONNE FUNKCJE BUDOWLI ZIEMNYCH 1. Nasyp ziemny połączony z budowlą ze stromą skarpą W porównaniu z samym stromym nasypem, kombinacja taka ma zalety obiektu budowlanego i równocześnie polepsza warunki obsadzenia skarpy roślinnością. Od strony drogi stosuje się skarpy maksymalnie strome, od strony ogólnodostępnej (zamieszkałej), skarpy możliwie płaskie. Przykład takiego rozwiązania pokazuje rysunek 1. Rysunek 1. Stromy nasyp wzmocniony konstrukcją żelbetową 2. Nasyp ziemny-ekran przeciwhałasowy Wysokość ekranu przeciwhałasowego ze względów architektonicznych, nie powinna stanowić więcej niż 2/5 całej wysokości urządzenia przeciwhałasowego. W takim przypadku nasyp ziemny może być uformowany bardziej stromo, lub wyposażony jedno lub dwustronnie w podmurówkę. Po obu stronach ekranu pozostaje na skarpach miejsce do obsadzenia odpowiednią roślinnością 3. Budowle ze stromą skarpą Budowle ze stromą skarpą wznoszone są z elementów betonowych, ceramicznych i drewnianych, a także uformowane jako druciane klatki wypełnione gruntem lub innym podłożem i obsadzone roślinami. Budowle te wymagają tyle samo miejsca co ekrany przeciwhałasowe. W przypadku stromego nasypu (rys. 2) występuje stosunkowo mała ilość gruntu roślinnego jako podłoża wegetacji roślin, co w połączeniu z nagrzewaniem promieniami słonecznymi powoduje wokół budowli znaczne braki wody, oraz większe niż w otoczeniu wahania temperatury. Skala zjawiska zależy od wielkości przestrzeni dla roślin, związanej z jednym wolnym rdzeniem ziemnym i dlatego w wielu przypadkach utrzymanie roślin możliwe jest tylko w wyniku sztucznego nawodnienia. Wymaga to sporządzenia projektu obłożenia budowli roślinami i sztucznego nawodnienia a powoduje zwiększenie kosztów budowy i utrzymania. 8

9 Rysunek Strefy nasypów Zakończenie nasypów przeciwhałasowych ze względu budowlanych oraz w celu uniknięcia bocznych uderzeń wiatru w poruszające się pojazdy, powinno mieć pochylenie co najmniej 1:8. Przykład rozwiązania miejsca początkowego lub końcowego nasypu ochronnego pokazano na rysunku 3. Podstawowym kryterium wyboru rozwiązań ochrony przed hałasem zarówno komunikacyjnym jak i przemysłowym jest wielkość będącej w dyspozycji powierzchni terenu na ukształtowanie urządzenia przeciwhałasowego. Jeżeli będąca w dyspozycji powierzchnia nie jest wystarczająca do budowy nasypu ziemnego, a wysoki ekran przeciwhałasowy ze względu na miejscowe warunki jest zbyt wysoki, stosuje się rozwiązania kombinowanie. Rysunek 3. Przykład uformowania miejsca początkowego lub końcowego nasypu chroniącego przed hałasem 9

10 5. Nasypy przeciw hałasowe z uprawami ochronnymi Bardzo dobrą izolację dźwiękową można osiągnąć w wyniku połączenia ochronnej uprawy roślin z osłoniętym przez roślinność nasypem ziemnym. Zaleta polega na znacznie mniejszym zapotrzebowaniu powierzchni dla uprawy ochronnej i optycznym osłonięciu profilu nasypu (rys. 4). Rozwiązania te wymagają nieznacznego nakładu prac pielęgnacyjnych, które ograniczają się jedynie do pielęgnacji porostu. Nasypy przeciwhałasowe nie są odczuwane przez kierowców jako przeszkoda, ponieważ działają na nich jak skarpa. Od stron zamieszkałej, skarpa nasypu powinna być możliwie płasko rozciągnięta (zbocze) i miękko dopasowana do krajobrazu. Miejsc załamania należy zaokrąglić w celu harmonijnego związania nasypu ziemnego z krajobrazem. Wały przeciwhałasowe usytuowane na krawędzi wykopu lub dobudowane do torowiska ziemnego nasypu, powinny mieć pochylenia skarp jak drogowe budowle ziemne (rys. 4.). Rysunek 4. Wały chroniące przed hałasem na drodze w wykopie i nasypie Ze względów estetycznych może być pożądana nieregularna linia grzbietowa nasypu (w kierunku podłużnym), a także zmiana pochylenia skarpy (zbocza). Przebieg linii grzbietowej nasypu traci na znaczeniu wraz z rozwojem roślin go porastających. Nieregularną linię grzbietową można osiągnąć również w taki sposób, gdy grupy drzew wyrastających wysoko nie znajdują się w układzie geometrycznym z grupami drzew i krzewów pozostających niżej. Wpływ roślinności na przebieg linii grzbietowej nasypu przeciwhałasowego może być znaczny. Duże możliwości kształtowania tych miejsc daje obsadzanie roślinnością. Jeżeli brakuje miejsca na obsadzenie drzewami i krzewami, należy stosować rośliny pnące. Przez rozczłonkowanie ściany, strukturę i kolor, można stworzyć konstrukcję bardzo lekko oddziaływujące optycznie. Decydujące znaczenie w ogólnym kształtowaniu ekranów ma wprowadzenie ograniczeń zastosowanych materiałów budowlanych w zależności od ich wymaganej wysokości. 10

11 IV. KOMUNIKACYJNE BUDOWLE ZIEMNE Należą do rodzaju budowli liniowych struktur kubaturowych wykonanych z gruntu budowlanego, w formie nasypu lub wykopu, wraz z urządzeniami odwadniającymi. Na rysunku 1 przedstawiono schemat ideowy podziału na części składowe. Podział ten ułatwia ustalenie zakresu projektowego ukształtowania budowli, oraz przewidywanych technologii realizacyjnych. 1. Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać komunikacyjne budowle ziemne Zasadnicze kryteria projektowania, budowy i eksploatacji komunikacyjnych budowli ziemnych są sformułowane w aktach prawnych właściwych rozporządzeń. Są one ustanowione odrębnie dla budowli poszczególnych typów, tj. autostradowe budowle ziemne, drogowe budowle ziemne, kolejowe budowle ziemne. Poniżej obszerne fragmenty wymagań technicznych dotyczących autostradowych budowli ziemnych określonych w Dz. U. Nr. 62 z 1997r., oraz w Dz. U. Nr.43 z 1999r w odniesieniu do drogowych budowli ziemnych i w Dz. U. Nr 151 z 1998r. w odniesieniu do kolejowych budowli ziemnych. 11

12 1. Nośność i stateczność budowli ziemnych oraz konstrukcji nawierzchni autostrady 1.1 Wymagania ogólne Konstrukcję autostradowej budowli ziemnej oraz konstrukcję nawierzchni autostrady należy projektować i wykonywać w taki sposób, aby: przenosiły wszystkie oddziaływania i wpływy mogące występować podczas budowy i użytkowania miały odpowiednią twardość, z uwzględnieniem przewidywanego okresu eksploatacji, rodzaju wbudowanych materiałów, kosztów budowy i utrzymania nie uległy zniszczeniu w wyniku awarii w stopniu nie proporcjonalnym do jej przyczyny. Przez pojęcie nawierzchni autostrady rozumie się w rozporządzeniu nawierzchnię zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, pasów awaryjnych, pasów wyłączania i włączania oraz jezdnie łącznic, MOP i MPO Wymagania, o których mowa w punkcie uznaje się za zachowane, jeżeli są spełnione równocześnie: warunki określone w rozporządzeniu, zapewniające nie przekroczenie stanów granicznych nośności i stanów granicznych przydatności do użytkowania w każdym z elementów oraz w całej konstrukcji budowli ziemnej i nawierzchni autostrady. wymagania dotyczące materiałów i wyrobów dopuszczonych do obrotu i stosowania w budownictwie drogowym procedury kontrolne wykonawstwa i użytkowania określone w rozporządzeniu oraz w obowiązujących Polskich Normach. 1.2 Autostradowa budowla ziemna Sprawdzenie ogólnej stateczności skarp, zboczy oraz ścian oporowych, a także nośności podłoża budowli ziemnej, należy wykonywać zgodnie z obowiązującą Polską Normą. Pochylenia skarp nasypów i wykopów powinny być zgodne z wymaganiami, o których mowa w punkcie Wskaźniki stateczności skarp i zboczy określane indywidualnie metodami podanymi w obowiązującej Polskiej Normie nie powinny być mniejsze niż 1,5. Przy sprawdzaniu ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu lub w wypadku możliwości wystąpienia osuwiska zbocza, łącznie ze ścianą oporową, wymagane współczynniki korekcyjne należy przyjmować według obowiązującej Polskiej Normy. Nośność podłoża budowli ziemnej należy sprawdzać zgodnie z obowiązującą Polską Normą. Sprawdzenie stanów granicznych przydatności do użytkowania należy wykonywać zgodnie z obowiązującą Polską Normą. Przekroczenie stanów przydatności do użytkowania uniemożliwia eksploatowanie budowli ziemnej na skutek jej odkształceń, przemieszczeń lub drgań. Dopuszczalne osiadania eksploatacyjne powierzchni korpusu nasypu i podłoża budowli ziemnej nie powinny przekraczać wartości określonych w obowiązującej Polskiej Normie. Obliczenia osiadania nasypu i podłoża budowli ziemnej mogą być pominięte, jeśli do głębokości strefy aktywnej, określonej zgodnie z obowiązującą Polską Normą, występują grunty: skaliste i kamieniste 12

13 niespoiste (drobnoziarniste i gruboziarniste w stanie średnio zagęszczonym, zagęszczonym lub bardzo zagęszczonym) spoiste w stanie zwartym, półzwartym i twardoplastycznym W wypadku posadowienia nasypu na gruntach bardzo ściśliwych, konstrukcje budowli ziemnej należy sprawdzać obliczeniowo. Parametry stanu granicznego użytkowania ścian oporowych należy przyjmować zgodnie z obowiązującą Polską Normą Nośność i stateczność budowli ziemnej oraz ścian oporowych uzyskuje się w szczególności przez skuteczne i sprawne ich odwodnienie Na terenach podlegających wpływom eksploatacji górniczej powinny być stosowane zabezpieczenia budowli ziemnej odpowiednio do kategorii terenów górniczych W celu prawidłowego zaprojektowania i wykonania budowli ziemnej należy przeprowadzać badania geologiczne i geotechniczne gruntów, zgodnie z wymaganiami określonymi w obowiązujących Polskich Normach. W trakcie użytkowania należy prowadzić regularną kontrolę budowli ziemnej. Rozbudowa lub przebudowa budowli ziemnej powinna być poprzedzona oceną jej stanu technicznego. 1.3 Skarpy nasypów i wykopów Skarpę nasypu autostrady należy wykonywać, z zastrzeżeniem ust 3 i 4 o pochyleniu: 1:3 przy wysokości skarpy nasypu do 2,0 m., z zastrzeżeniem 55 ust 3. 1:1,5 przy wysokości skarpy nasypu większej niż 2,0 m. do 8,0 m. Skarpę wykopu autostrady należy wykonywać, z zastrzeżeniem ust 3 i 4 o pochyleniu: 1:3 przy wysokości skarpy wykopu do 1,0 m., z zastrzeżeniem 55 ust. 3 1:2 przy wysokości skarpy wykopu większej niż 1,0 m. do 2,0 m. 1:1,5 przy wysokości skarpy wykopu większej niż 2,0 m. do 8,0 m Pochylnie i konstrukcję urządzeń wzmacniających skarpy nasypów i wykopów autostrad należy ustalać na podstawie obliczeń ich stateczności zgodnie z obowiązującą Polską Normą w szczególności wtedy gdy: skarpa nasypu lub wykopu ma wysokość większą niż 8,0 m. skarpa nasypu lub wykopu ma wysokość większą niż 6,0 m., a zbocze ma pochylenie 1:3 autostradowa budowla ziemna będzie budowana z materiału lub w gruncie wymagającym szczególnych procedur technicznych i technologicznych nasyp będzie budowany na gruntach o małej nośności, w terenie osuwiskowym lub szkód górniczych skarpa nasypu będzie narażona na działanie wód stojących lub płynących na terenie zalewowym 13

14 Pochylenie skarpy nasypu lub wykopu może być mniejsze niż określone ustępu 1 i 2, jeżeli nie występuje żaden z wypadków, o których mowa w ust. 3., a za zmianą pochylenia przemawiają względy utrzymania, ekonomiczne lub estetyczne. W wypadkach o których mowa w ust 3 i 4, mogą być stosowane w szczególności zmienne pochylenia skarp zależne od ich wysokości, ławy oraz przypory skarp. Skarpy nasypów i wykopów powinny być umocnione obudową roślinną, chyba że występuje jeden z wypadków o których mowa w ust. 3, i z obliczeń wynika inaczej 2. Nośność i stateczność drogowych budowli ziemnych oraz konstrukcji nawierzchni dróg 2.1 Wymagania ogólne Konstrukcja drogowej budowli ziemnej oraz konstrukcja nawierzchni drogi, rozumianej jako warstwa, lub zespół warstw, powinny być projektowane i wykonane, w taki sposób, aby: przenosiły wszystkie oddziaływania i wpływy mogące występować podczas budowy i podczas użytkowania drogi, jeśli nie są przekraczane dopuszczalne naciski osi pojazdu na nawierzchnię miały trwałość co najmniej równą okresowi użytkowania określonemu w dokumentacji projektowej, pod warunkiem wykonania czynności wynikających z rodzaju wbudowanych materiałów, kosztów użytkowania i zasad utrzymania nawierzchni nie uległy zniszczeniu w stopniu nieproporcjonalnym do jego przyczyny Rozróżnia się następujące nawierzchnie: jezdni: nawierzchnie zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, pasów awaryjnych, pasów włączania i wyłączania, łącznicy, MOP, placu, opaski, utwardzonych poboczy, przystanku autobusowego na pasach ruchu i w zatoce, drogi w strefie zamieszkania oraz jezdni manewrowej przeznaczone do postoju pojazdów: nawierzchnie stanowisk, pasów i zatok postojowych przeznaczone do ruchu pieszych i rowerów: nawierzchnie chodnika i ścieżki rowerowej Nawierzchnie MPO i SPO powinny spełniać wymagania określone w przepisach techniczno-budowlanych dotyczących autostrad płatnych Wymagania określone w punkcie uznaje się za zachowane jeżeli równocześnie: są spełnione warunki określone w niniejszym rozporządzeniu, zapewniające nie przekroczenie stanów granicznych nośności i stanów granicznych przydatności do użytkowania w każdym z elementów oraz w całej konstrukcji budowli ziemnej i nawierzchni drogi wbudowane materiały i wyroby spełniają wymagania Polskich Norm i specyfikacji robót drogowych drogowa budowla ziemna W celu prawidłowego zaprojektowania i wykonania drogowej budowli ziemnej powinny być przeprowadzone badania geologiczne i geotechniczne gruntów, zgodnie z wymaganiami 14

15 określonymi w Polskich Normach i przepisach szczególnych. (szczegółowy sposób badań określa załącznik nr 4) Sprawdzenie ogólnej stateczności skarp, zboczy oraz ścian oporowych, a także nośności podłoża budowli ziemnej powinno być wykonywane zgodnie z Polskimi Normami, przepisami odrębnymi oraz załącznikiem nr 4. Pochylenia skarp nasypów i wykopów powinny być zgodne z wymaganiami, o których mowa w paragrafie 42. Wskaźniki stateczności skarp i zboczy określane indywidualne metodami podanymi w Polskich Normach nie powinny być mniejsze niż 1,5. Przy sprawdzaniu ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu, lub w wypadku wystąpienia osuwiska zbocza łącznie ze ścianą oporową, wymagane wskaźniki stateczności powinny być przyjmowane według Polskich Norm. Budowla ziemna powinna być tak zaprojektowana, aby dopuszczalne osiadania eksploatacyjne powierzchni korpusu nasypu i podłoża drogowej budowli ziemnej nie przekraczały wartości określonych w załączniku nr 4. Obliczenia osiadania nasypu i podłoża budowli ziemnej mogą być pominięte, jeśli do głębokości strefy aktywnej, określonej zgodnie z Polską Normą, występują grunty: skaliste i kamieniste niespoiste (drobnoziarniste i gruboziarniste w stanie średnio zagęszczonym, zagęszczonym lub bardzo zagęszczonym) spoiste w stanie zwartym, półzwartym i twardoplastycznym W wypadku posadowienia nasypu na gruntach bardzo ściśliwych, konstrukcje drogowej budowli ziemnej należy sprawdzać obliczeniowo. Sprawdzenie stanów granicznych przydatności do użytkowania drogowej budowli ziemnej, których przekroczenie uniemożliwia eksploatowanie budowli ziemnej na skutek jej odkształceń, przemieszczeń lub drgań powinno być wykonywane zgodnie z polską normą. Parametry stanu granicznego przydatności użytkowania ścian oporowych określa Polska Norma. Drogowa budowla ziemna oraz ściany oporowe powinny być odwadniane. Na terenie podlegającym wpływom eksploatacji górniczej powinny być stosowane zabezpieczenia drogowej budowli ziemnej, odpowiednio do kategorii terenu górniczego, określonej w przepisach odrębnych. Rozbudowa lub przebudowa drogowej budowli ziemnej powinna być poprzedzona oceną jej stanu technicznego 2.3 Skarpy nasypów i wykopów Skarpy nasypów dróg klasy A i S powinny mieć, z zastrzeżeniem ust 4 i 5 pochylenie: 1:3 przy wysokości skarpy nasypu do 2 m., z zastrzeżeniem 102 ust 4 1:1,5 przy wysokości skarpy nasypu większej niż 2 m. do 8 m. Skarpy wykopów dróg klasy A i S powinny mieć, z zastrzeżeniem ust 4 i 5 pochylenie: 1:3 przy wysokości skarpy wykopu do 1 m., z zastrzeżeniem 102 ust 4 1:2 przy wysokości skarpy wykopu większej niż 1 m. do 2 m. 1:1,5 przy wysokości skarpy wykopu większej niż 2 m. do 8 m Skarpy nasypów i wykopów dróg klasy GP i dróg niższych klas powinny mieć, z zastrzeżeniem ust. 4 pochylenie 1:1,5 15

16 2.3.2 Pochylenie i urządzeń wzmacniających skarpy nasypów i wykopów dróg powinny być ustalone na podstawie obliczeń ich stateczności zgodnie z Polską Normą, w szczególności wtedy gdy: skarpa nasypu lub wykopu ma wysokość większa niż 8 m. skarpa nasypu lub wykopu ma wysokość większa niż 6 m., a zbocze ma pochylenie większe niż 1:3 drogowa budowla ziemna będzie budowana z materiału lub w gruncie wymagającym szczególnych procedur technicznych i technologicznych nasyp będzie budowany na gruntach o małej nośności, na terenie osuwiskowym albo na terenie podlegającym wpływom eksploatacji górniczej skarpa nasypu będzie narażona na działanie wód stojących lub płynących na terenie zalewowym Pochylenie skarpy nasypu lub wykopu może być mniejsze niż określone u ust. 1,2 i 3, jeżeli nie występuje żaden z wypadków, o których mowa w ust 4, za zmianą pochylenia przemawiają względy utrzymania ekonomiczne lub estetyczne. W wypadkach, o których mowa w ust 4 i 5 mogą być stosowane w szczególności zmienne pochylenia skarp zależne od ich wysokości, ławy oraz przypory skarp Skarpy nasypów i wykopów powinny być umocnione obudową roślinną; w wypadkach, o których mowa w ust 4 mogą być stosowane inne rozwiązania 3. Podtorze kolejowe (określające kolejową budowlę ziemną) 3.1 Górna powierzchnia podtorza (torowisko) powinna być przystosowana do: zbudowania nawierzchni oraz innych obiektów związanych z prowadzeniem ruchu pojazdów kolejowych, a także do wykonywania czynności związanych z utrzymaniem drogi szynowej odprowadzania wód opadowych z torowiska utrzymania na odpowiedniej głębokości poziomu wód gruntowych Podtorze i podłoże kolejowe powinny spełniać wymagania określone w Polskich Normach 3.2 W zależności od relacji między ukształtowaniem terenu i położeniem wysokościowym toru kolejowego, podtorze (rys. 3.1) może być wykonane jako nasyp albo jako przekop, z gruntów odpowiednio uformowanych, wzmocnionych i zabezpieczonych przed wpływami eksploatacyjnymi, klimatycznymi i geologiczno-hydrologicznymi. Podtorze powinno zapewnić: wytrzymałość wymaganą dla danej kategorii linii mniejsze od dopuszczalnych odkształcenia trwałe i sprężyste powstające w wyniku oddziaływań dynamicznych wymiary torowiska odpowiadające danej kategorii linii niezmienność kształtu bez względu a wpływ klimatu i oddziaływań eksploatacyjnych możliwość mechanizacji robót nie tylko podczas budowy, lecz także w czasie eksploatacji, w tym robót trakcyjnych, teletechnicznych, nawierzchniowych. Pod względem wytrzymałościowym podtorze powinno być tak wykonane, aby wyrażone w megapaskalach (MPa) minimalne wartości modułu odkształcenia podtorza mierzonego w torowisku w zależności od kategorii linii nie były mniejsze niż: 16

17 120 MPa magistralne (0) 100 MPa pierwszorzędne (1) 80 MPa drugorzędne (2) 60 MPa - znaczenia miejscowego (3) z zastrzeżeniem ust Podane minimalne wartości modułu odkształcenia podtorza dotyczą tak zwanych złych warunków hydrogeologicznych, określonych przez: stałe przewilgocenie gruntów podtorza w przypadku, gdy do głębokości 1,5 m. poniżej główki szyny istnieje możliwość stałego występowania wody w gruncie albo gdy stopień konsystencji gruntu podtorza I c 0,75 Stopień konsystencji gruntu podtorza I c oblicza się według wzoru: WL W I c = I gdzie: W L granica płynności gruntu według Casagrande a [%] W wilgotność gruntu [%] I p wskaźnik plastyczności [%] I p = W L W p [%] W p granica plastyczności [%] 3.4 Możliwe jest zmniejszenie, określonych w tabeli 3.3. minimalnych wartości modułu odkształcenia podłoża o: 10 % w przypadku występowanie czasowego przewilgocenia gruntów podtorza, kiedy do głębokości 1.5 m. poniżej główki szyny istnieje możliwość czasowego występowania wody w gruncie, albo przy stopieniu konsystencji gruntu podtorza 0,75 < I c < 1,0 20 % w przypadku, gdy nie wstępują dodatkowe przewilgocenia gruntów podtorza, albo przy stopieniu konsystencji gruntu podtorza I c 1, Przy wyborze materiałów do budowy podtorza powinno się uwzględniać przydatność materiałów miejscowych uzyskiwanych z przekopów lub z odpadów przemysłowych, a także z dodatkowych ukopów. Niedopuszczalne jest dokonywanie zmian konstrukcyjnych podtorza bezpośrednio pod nawierzchnią, powodujących skokowe zmiany wartości modułu sprężystości. Zmiany konstrukcyjne górnych warstw podtorza muszą odbywać się łagodnie na długości co najmniej 20 m wzdłuż osi torów. Na równiach stacyjnych konstrukcja górnych warstw podtorza powinna być jednakowa dla całych grup torowych. Wymiary podtorza powinny być dostosowane do ustalonego przebiegu trasy linii kolejowej. 4. Wymaganie konstrukcyjno-jakościowe dla budowli ziemnych Przedstawione w poprzednich punktach warunki techniczne dotyczące poszczególnych ziemnych budowli komunikacyjnych tylko w niewielkim stopniu odnoszą się do wymagań jakości konstrukcyjnej w wielu przypadkach odsyłając do polskich norm. Norma PN-S pt. Roboty ziemne, precyzuje ściśle wymagania dla poszczególnych warstw nasypów (rys. 2) i podłoża wykopów (rys. 3). p 17

18 Rys. 2. Wartości wymagane w nasypach: wskaźnika zagęszczenia I s i wtórnego modułu odkształcenia E 2, megapaskali Rys. 3. Wartości wymagane w podłożu wykopów: wskaźnika zagęszczenia I s i wtórnego modułu odkształcenia E 2, megapaskali 18

19 V. GABARYTOWE KSZTAŁTOWANIE BUDOWLI ZIEMNYCH -wymiary zewnętrzne- Zadaniem podstawowym, tak w etapie projektowania jak i dla technologii wykonawczych jest nadanie budowli odpowiednich wymiarów, czyli gabarytów zewnętrznych. Z przestrzennych wymiarów budowli wynika ich funkcja w systemie konstrukcyjnym drogi, oraz zasadniczy czynnik kosztu realizacji. Z faktu, że budowle drogowe należą do obiektów liniowych, wynikają nie tylko pewne uproszczenia, ale i niezwykle istotne ograniczenia co do jednorodności i jakości materiału gruntowego, z którego są budowane. Właściwe zwymiarowanie przekrojów poprzecznych budowli ziemnej dla poszczególnych odcinków i sekcji drogi stanowi o spełnieniu określonych norm i wytycznych projektowania poszczególnych rodzajów dróg. Poglądowy przekrój poprzeczny geometrii nasypu przedstawia rysunek 1 Rysunek 1 Korona i skarpy nasypu są jego liniami konturowymi, ograniczającymi jego bryłę, jako budowli ziemnej. Linie przecięcia się powierzchni skarp nasypu z powierzchnią korony nazywa się krawędziami korony nasypu (punkty B i C), linie przecięcia się powierzchni skarp nasypu z powierzchnią terenu określa się krawędziami podstawy nasypu (punkty A i D). Charakterystycznymi wartościami wymiarowymi nasypu są: wysokość H, którą określa się jako różnicę rzędnych punktów osiowych korony i podstawy nasypu szerokość K korony nasypu pochylenie skarp nasypu do poziomy (tangens kąta pochylenia, czyli 1:n) Wartość pochylenia skarp nasypu ustala się z reguły z warunku ich stateczności i przyjmuje się zwykle jako 1 : n = 1 : 1,5 (może wynosić od 1 : 1 do 1 : 10), Poglądowy przekrój poprzeczny geometrii przekopu linii komunikacyjnej przedstawia rysunek 2 Linie przecięcia się powierzchni skarp wewnętrznych urządzeń odwadniających z powierzchnią korony nazywane są krawędziami korony wykopu (punkty E i F), linie przecięcia się powierzchni skarp zewnętrznych wykopu z powierzchnią terenu określa się jako krawędzie górne wykopu (punkty A i M), linie przecięcia się powierzchni skarp rowu z powierzchnią jego dna nazywa się krawędziami dna rowu (punkty C i D oraz G i J). Charakterystycznymi wartościami wymiarowymi przekopu są: głębokość H, która jest różnicą rzędnych punktów osiowych terenu i korony przekopu szerokość K korony przekopu 19

20 pochylenie skarp przekopu do poziomu, które określa się wartością tangensa kąta ich pochylenia i oznacza jako 1 : m, przy czym ze względu na warunki stateczności skarp, pochylenie to wynosić powinno co najmniej 1 : 1; w zależności jednak od rodzaju budowli ziemnej może zmieniać się w szerokim zakresie, analogicznie jak w przypadku nasypów wymiary urządzeń odwadniających, czyli szerokość podstawy dolnej rowu d, szerokość podstawy górnej d 1 oraz głębokość h. W projektach dróg samochodowych i kolejowych występują dwa rodzaje robót ziemnych: roboty skupione (punktowe) roboty ciągłe (liniowe) Do robót ziemnych skupionych zalicza się wykopy pod: fundamenty przyczółków mostowych fundamenty przepustów fundamenty filarów i podpór mostów, wiaduktów, estakady itp. Podstawowym zadaniem budowli ziemnej w części górnej tj. podtorza lub podtorza jest przejęcie statycznych i dynamicznych nacisków kół pojazdów przenoszonych przez nawierzchnię drogową lub szynową, oraz dobre jej odwodnienie. Górna powierzchnia podtorza, na której jest zbudowana nawierzchnia nazywa się torowiskiem. Pochylone powierzchnie przekopów i nasypów nazywane są skarpami. Rysunek 2 Rysunek 3 przedstawia przekrój poprzeczny podtorza drogowego w nasypie, zaś rysunek 4 w przekopie. Jeżeli w danym przekroju poprzecznym podtorza występuje zarówno nasyp jak i przekop, to taki przekrój nazywa się przekrojem odcinkowym, co zdarza się w terenie pochylonym poprzecznie do trasy drogi- rysunek. 5.Przekrój poprzeczny drogi kolejowej jednotorowej i dwutorowej przedstawiono na rysunku 6a i b. Szerokość podtorza jest taka sama zarówno w nasypie jak i w przekopie i zależy od rodzaju i kategorii linii kolejowej. Na rysunku 5 przedstawiono normalne przekroje poprzeczne podtorza linii kolejowych jednotorowych, natomiast na rysunku 6 linii kolejowych dwutorowych. Podtorze kolejowe w profilu podłużnym składa się z odcinków poziomych, odcinków pochylonych (wzniesienia lub spadki) oraz odcinków łuków kolowych, które zaokrąglają załomy sąsiednich odcinków niwelety. Wymiary przekroju poprzecznego podtorza zależą od kategorii drogi szynowej i rodzaju linii kolejowej. Rysunek 7 linie jednotorowe, rysunek 8 linie dwutorowe. 20

21 Rysunek 3 Rysunek 4 Rysunek 5 Szerokość (poddroża) podtorza drogi samochodowej zależy od klasy technicznej drogi oraz typu przekroju poprzecznego w danej klasie. Przykładowo, na rysunkach 9 i 10 przedstawiono normalne przekroje poprzeczne zamiejskich dróg samochodowych. 21

22 Podłoże gruntowe jako budowla inżynierska musi bezpiecznie przejmować obciążenia, czyli spełniać odpowiednie wymagania techniczne, zarówno w okresie budowy jak również w okresie eksploatacji. Najistotniejsze z tych wymagań to: stałość kształtu podtorza (poddroża) gruntowego, uwarunkowana wytrzymałością i statecznością bez względu na warunki atmosferyczne oraz obciążenia minimalny koszt budowy i eksploatacji, przy odpowiedniej jakości i trwałości budowli ziemnej możliwość zastosowania mechanizacji, zarówno w czasie budowy jak również w czasie eksploatacji drogi samochodowej i kolejowej wykazywać odporność na działanie czynników atmosferycznych łatwość należytego utrzymania podtorza gruntowego w czasie eksploatacji. Rysunek 6 Podstawowym materiałem do wykonywania budowli ziemnych jest grunt budowlany - naturalny. Ocena przydatności gruntu do zastosowania w wykonywanych budowlach ziemnych wymaga znajomości cech fizycznych i mechanicznych tego gruntu. 22

23 Rysunek 7 Na rysunku 11 pokazano położenie korony roboczej torowiska ziemnego oraz jej ostateczny wygląd po wyprofilowaniu przez ułożenie warstw konstrukcyjnych nawierzchni drogowej. Linia pozioma aa na rys. 11 oznacza koronę roboczą torowiska ziemnego. Jest to niweleta budowli ziemnej po korekcie niwelety nawierzchni. Linie łamane bcded c b (rys. 11a), bd b (rys. 11b) lub bcefe c b (rys. 11c) przekrój ostateczny korony po wyprofilowaniu, przy czym rys. 11a przedstawia profil korytowy, zaś rys. 11b przekrój dwuspadowy 23

24 torowiska drogowego, rys. 11c natomiast profil korytowy ulicy miejskiej, obustronnie zabudowanej. Profilowanie korony torowiska ziemnego, polega na przemieszczaniu poprzecznym gruntu w obrębie torowiska w celu wytworzenia odpowiedniego profilu. Rysunek 8 Skarpom torowiska ziemnego budowli ziemnych nadaje się kształty pochyłe, przy których będzie zapewniona ich stateczność. W gruntach sypkich wartość kąta stoku naturalnego jest dla danego rodzaju gruntu wartością stałą i równą wartości kąta tarcia wewnętrznego, w gruntach zaś spoistych wartość kąta stoku naturalnego jest wielkością zmienną, zależną od wysokości skarpy. W gruntach spoistych, zarówno wartość kąta tarcia wewnętrznego jak i spójność maleje w miarę zwiększania się ich wilgotności, dlatego też przy ustalaniu wymaganych wartości kąta pochylenia do poziomu skarp torowiska ziemnego należy przyjmować stan jego zawilgocenia w niekorzystnych warunkach atmosferycznych. W gruntach piaszczystych, piaszczysto-gliniastych i gliniasto-piaszczystych w stanie ich normalnej wilgotności, pochylenie skarp dla budowli ziemnych w budownictwie drogowym w przekopach niezależnej od ich głębokości oraz w nasypach o wysokości zasadniczo do 6 m., przyjmuje się najczęściej stałe i równe 1 : 1,5. W nasypach wysokości większej niż 6 m., w celu zwiększenia ich stateczności, skarpom w dolnej ich części nadaje się pochylenie łagodniejsze, np. 1 : 2 lub 1 : 3 lub też stosuje się odsadzki w skarpach, zamiast nadawania im zarysów o zmiennym pochyleniu -rysunek. 12.Szerokość odsadzki wynosi od 1,0 m.do 2,0m. 24

25 Rysunek 9 25

26 Rysunek 10 26

27 Rysunek 11 Rysunek 12 Analogiczne rozwiązanie jak na rys. 12 stosuje się niejednokrotnie również i przy kształtowaniu skarp bardzo głębokich przekopów (powyżej 6 m) w celu poprawienia warunków stateczności zboczy oraz lepszego ujęcia z powierzchni skarpy wody opadowej. Skarpom torowiska ziemnego dróg samochodowych wyższych klas technicznych, zarówno w przekopach jak i w nasypach nadaje się niekiedy ze względu na bezpieczeństwo ruchu, pochylenia znacznie łagodniejsze aniżeli wymagają tego omówione wyżej względy stateczności budowli ziemnej. 27

28 VI. OBLICZANIE OBJĘTOŚCI LINIOWYCH ROBÓT ZIEMNYCH 1. Zasady ogólne Podstawą do obliczania robót ziemnych dla liniowych budowli inżynierskich jest ich projekt wstępny lub techniczny, a więc przekrój podłużny (profil)i przekroje poprzeczne trasy. Stopień dokładności obliczenia objętości robót ziemnych zależy przede wszystkim od stopnia zgodności danych projektowych przyjętych za podstawę do obliczenia tej objętości z rzeczywistym danymi terenowymi oraz od przyjętej metody obliczenia (bardziej dokładnej lub sposobem przybliżonym). Obliczenia objętości wykopów oraz nasypów przeprowadza się oddzielnie. W celu określenia granic wykopów i nasypów ustala się położenie tzw. punktów zerowych, czyli punktów przecięcia się linii robót ziemnych z linią terenu, zarówno w przekroju podłużnym jak i w przekrojach poprzecznych. Punkty te oznaczają przejścia z wykopu w nasyp. W przypadku przekrojów poprzecznych odcinkowych, czyli przekrojów w których występują jednocześnie wykopy i nasypy, oddzielnie określa się wielkość powierzchni wykopowych tych przekrojów, oddzielnie zaś wielkość powierzchni ich części nasypowych. Objętość rowów bocznych przy nasypach zalicza się do objętości wykopów. Objętość robót ziemnych na danym odcinku trasy oblicza się na podstawie jej przekroju podłużnego- profilu, z którego przyjmuje się dane niezbędne do ustalenia tej objętości, a mianowicie: pikiety punktów zerowych niwelety odległości pomiędzy przekrojami poprzecznymi różnice pomiędzy rzędnymi terenu a rzędnymi niwelety roboczej robót ziemnych (wysokości nasypów, głębokości wykopów). Objętość danego nasypu lub wykopu określa się jako sumę objętości brył gruntu pomiędzy jego sąsiednimi pikietami (rys. 1) Rysunek 1 V AB = V i gdzie: V AB - objętość nasypu na odcinku trasy 1 n pomiędzy punktami A i B. n i= 1 28

29 W podobny sposób oblicza się objętość wykopu długości 1 w pomiędzy punktami B i C. Całkowitą objętość robót ziemnych dla projektowanych budowli inżynierskiej ustala się obliczając objętości kolejno następujących po sobie wykopów i nasypów oraz sumy objętości wszystkich wykopów i nasypów dla całego odcinka oddzielnie. Rysunek 2 Dokładną objętość bryły (graniastosłupa) nasypu ABCDEFGH (rys. 2) pomiędzy przekrojami poprzecznymi I i II można obliczyć ze wzoru: V = + n( 2 l 2 gdzie: P 1 powierzchnia przekroju I P 2 powierzchnia przekroju II h 1 wysokość przekroju I h 2 wysokość przekroju II l odległość pomiędzy przekrojami l : n pochylenie skarp W powyższym wzorze wyrażenie V = l 2 nazywa się przybliżoną objętością bryły nasypu, zaś wyrażenie P P h 1 1 P 1 + P 2 6 h 2 ) 2 l n ( V h h ) 2 = l 6 poprawką tej objętości. W praktyce dla obliczenia objętości nasypu lub wykopu można się posłużyć wzorem przybliżonym W celu obliczenia objętości bryły gruntu pomiędzy każdą parą sąsiednich przekrojów poprzecznych należy uprzednio określić wielkości powierzchni P 1 i P 2 tych przekrojów

30 W przypadku, gdy naturalna powierzchnia terenu jest ukształtowana poziomo w kierunku poprzecznym do osi trasy, powierzchnie przekrojów poprzecznych w tym przypadku można określić na podstawie znanych wymiarów torowiska ziemnego K, h i l : n lub l:m (rys. 3). Rysunek 3 Zgodnie z oznaczeniami na rys. 3 powierzchnię przekroju nasypu określa się ze wzoru: P n =K h + n h² Powierzchnię przekroju poprzecznego wykopu z rowami bocznymi oblicza się ze wzoru gdzie r oznacza powierzchnię przekroju rowu. P w = K 1 h + m h² + 2 r W podanych wyżej wzorach i na rys. 3 : K oznacza szerokość roboczą korony torowiska ziemnego H oznacza wysokość nasypu lub głębokość wykopu w osi trasy h o głębokość rowu d szerokość rowu w dnie d 1 szerokość rowu na poziomie krawędzi korony m, n ctg kąta pochylenia skarp Przyjmując szerokość korony torowiska, pochylenie skarp oraz powierzchnię przekrojów rowów jako wartości stałe, P n i P w określa się jako funkcje zmiennej wartości h. 30

31 2. Wykres powierzchni i wykres objętości mas ziemnych Obliczone powierzchnie przekrojów poprzecznych można przedstawić graficznie w prostokątnym układzie współrzędnych, przy czym: na osi poziomej jako odcięte nanosi się kilometraż trasy drogi oraz odległości poszczególnych przekrojów poprzecznych na osi pionowej odkłada się pionowo jako rzędne powierzchnie przekrojów poprzecznych powierzchnie przekopu odkłada się od osi poziomej w górę i przypisuje się im znak (+) powierzchnie nasypu odkłada się od osi poziomej w dół i przypisuje się im znak (-) skalę dobiera się w zależności od wielkości powierzchni przekrojów poprzecznych Jeżeli połączy się rzędne obliczonych powierzchni przekrojów poprzecznych na długości trasy odcinkami prostymi, to otrzymuje się wykres powierzchni tej trasy. Obliczona powierzchnia figur płaskich na tym wykresie odpowiada objętości robót ziemnych. Każda rzędna na wykresie powierzchni oznacza powierzchnie przekopu lub nasypu w danym przekroju, każda powierzchnia pomiędzy dwoma rzędnymi oznacza objętość mas ziemnych między przekrojami. Rysunek 4 Rysunek 4 przedstawia wykres powierzchni przekrojów poprzecznych i objętości, które zostały obliczone za pomocą metod przybliżonych. W dowolnym przekroju poprzecznym występuje albo powierzchnia przekopu albo powierzchnia nasypu. Na rysunku 4b przedstawiono wykres sumowanej objętości robót ziemnych. Wykres ten posiada następujące właściwości: każda rzędna na wykresie sumowanej objętości oznacza sumę algebraiczną robót ziemnych od początku przekroju profilu podłużnego wznoszące się części krzywej sumowanej objętości oznaczają przekopy, zaś opadające nasypy 31

32 różnica dwóch rzędnych na wznoszącej się części krzywej oznacza objętość przekopów na tym odcinku, na opadającej zaś części krzywej różnica dwóch rzędnych oznacza objętość robót ziemnych potrzebnych na wzniesienie nasypu na tym odcinku szczytowe punkty krzywej, w których przyrosty objętości zmieniają znak, oznaczają punkty zerowe łagodne pochylenie krzywej oznacza niewielkie roboty ziemne, znaczne pochylenie- duże roboty ziemne, zaś punkty przegięcia krzywej odpowiadają największym objętością przekopów lub nasypów różnica rzędnych punktu początkowego i końcowego krzywej oznacza różnice objętości przekopów i nasypów, a jeżeli ta różnica będzie mniejsza niż zero, to objętość przekopów nie wystarczy na wzniesienie nasypów, przy różnicy zaś większej niż zero, objętość gruntu wydobytego z przekopu równa się objętości gruntu potrzebnego na nasyp, czyli roboty ziemne wyrównują się każda prosta pozioma odcina na wykresie sumowanej objętości gałęzie przekopów i gałęzie nasypów, których objętości są równe. Rysunek 5 zawiera zbiorcze zestawienie zależności, przedstawionych graficznie, pomiędzy pewną niweletą budowli ziemnej, a powstającymi objętościami gruntu, które muszą być przemieszczone. Najważniejszym założeniem odpowiadającym tym zależnością jest to, że grunt rodzimy jest jednorodny, w pełni przydatny w budowie budowli ziemnych (nasypów). 32

33 Rysunek 5 Na rysunku 6 można odnaleźć praktyczne wyjaśnienie pewnych pojęć praktycznych. Obliczenia objętości mas ziemnych można dokonać na arkuszu kalkulacyjnym, bądź arytmetycznie wykorzystując do tego typowy formularz (w załączeniu) 33

34 Rysunek 6 34

35 Typowy formularz 35

36 VII. TECHNIKA KSZTAŁTOWANIA KOMUNIKACYJNYCH BUDOWLI ZIEMNYCH 1. Roboty przygotowawcze Przed przystąpieniem do realizacji budowli ziemnych związanych np. z budowa dowolnej arterii komunikacyjnej należy wykonać w terenie wiele prac przygotowawczych, m.in.: urządzenie placu budowy czyszczenie i przygotowanie terenu zdjęcie warstwy gleby, tzw humusowanie przeniesienie infrastrukturalnych urządzeń obcych wykonanie pomiarów terenowych, niezbędnych do odtworzenia i utrwalenia na gruncie trasy robót ziemnych i zarysów obiektów budowlanych wyznaczenie i urządzenie dróg dojazdowych oraz granic pasa terenu przeznaczonego pod dana budowę Odtworzenie trasy Przed przystąpieniem do wykonywania robót należy odtworzyć w terenie przebieg trasy, ustalony wcześniej przez grupę pomiarową. Prace te polegają na: odtworzeniu oraz utrwaleniu w terenie położenia punktów charakterystycznych trasy w planie (wierzchołków łuków i punktów kierunkowych na prostych) kontrolnym pomiarze kątów poziomych w miejscach zmiany kierunków trasy wyznaczenie położenia punktów osiowych trasy w obrębie odcinków prostych i krzywoliniowych trasy (np. początkowych i końcowych punktów krzywych przejściowych i łuków kołowych oraz punktów pośrednich tych krzywych w określonych odstępach punktów kilometrowych i hektometrowych itp.) kontrolnym pomiarze długości trasy wytyczeniu przekrojów poprzecznych w kierunkach prostopadłych do osi trasy we wszystkich jej charakterystycznych punktach kontrolnym pomiarze wysokościowym założeniu wzdłuż osi trasy sieci reperów pomocniczych w celu ułatwienia wysokościowych pomiarów kontrolnych i pomocniczych związanych z wykonywaniem robót Wymienione pomiary kontrolne przeprowadza się w celu sprawdzenia zgodności danych terenowych z danymi z projektu technicznego oraz w celu wprowadzenia do projektu ewentualnych zmian i poprawek. Prace przy wznowieniu trasy prowadzi się na podstawie zachowanych w terenie znaków pomiarowych, położenie zaś znaków zniszczonych lub zagubionych ustala się na podstawie pomiarów geodezyjnych, dowiązań do istniejących obiektów lub znaków pomiarowych. W przypadku uszkodzenia lub zniszczenia palików lub słupków wyznaczających charakterystyczne punkty osiowe trasy, ich położenie odtwarza się przez dowiązanie sytuacyjne do różnych trwałych znaków w terenie lub do założonej w tym celu specjalnej 36