Болото 1 типа. Указания Указания по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на болотах 

1. Виды и характеристики болот

Болото – избыточно увлажненные участки земной поверхности, на которой большую часть года стоит вода.

Заболоченные участки- это участки на которых происходит застой поверхностных вод или происходит их систематическое переувлажнение, но не образуется торфяной покров или имеет толщину менее 30 см.

По условию расположения и питания водой различают: верховые и низовые болота.

Верховые болота- образуются при застое атмосферных осадков на водораздельных участках, имеющих малые уклоны. Верховые болота на всю толщину состоят из торфа В заключительной стадии своего образования середина болота (состоящая из торфа и сфагнума(мох)) может возвышаться над берегами на 6-8 метров.

Низовые болота - образуются в результате зарастания водоёмов. Заболачивание начинается от берегов к середине. Отмирающие остатки растительности повышают дно болота, тем самым образуется иловые отложения. В конечной стадии образования низового болота образуется на поверхности сплавина. Сплавина состоит из корневищ и мхов. Сплавина толщиной 3-4 метра способна выдержать нагрузку в 35 мПа.

2. Инженерная классификация болот.

Согласно СНИП 2.05. 02 -85 различают 3 типа болот:

Болота, заполненные болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведение насыпи высотой до 3 метров без возникновения процесса бокового выдавливания грунта.

3. Выбор плана трассы дороги на заболоченной местности (основные требования).

Заболоченные р-ны в основном располагаются на равнинных участках лесной зоны. При решении плана трассы в болотной местности обходить или пересекать болото? По стоимости строительства а/д в заболоченной местности стоимость превышает в 5-6 раз по сравнению с аналогичным участком на не заболоченной местности. Выбор основывается на ТЭС.

Основные положения при проектировании плана трасса.

1-Следует обходить болота, если это не связано с большим удлинением или извилистостью трассы.

2 - Стремиться пересекать болота по кратчайшему направлению, в наиболее узких местах с высоким залеганием минерального дна.

3 –Желательно избегать места с кривыми склонами минерального дна.(сползание насыпи)

4 - При пересечении предпочтение отдавать участку I типа. 5 – Вариантное трассирование и вариантное конструирование ЗП, должно быть обосновано технико-экономическим расчетом (ТЭР)

4. Конструктивные решения земляного полотна на болотах (с полным выторфовыванием, частичное выторфовывание, без выторфовывания)

Проектные решения, но конструкции ЗП выбирают на основе ТЭС вариантов с учетом след, позиций:1) категория дороги. 2) тип ДО. 3) требуемая высота насыпи и качество грунта имеющийся для отсыпки насыпи. 4) протяженность участка на слабом грунте. 5) вид и св-ва слабого грунта. 6) условия производства работ, в том числе срок завершения строительства.

ЗП на болотах проек. в виде насыпи, требование к грунтам в верхней части насыпи а так же мин. возвышении низа ДО над растительным уровнем поверхности и грунтовых вод. Определяется по по СНИП 2,05,02-85. 3ий тип местности по увлажнению.

К ЗП предъявляют ряд требований:

1. Должна быть исключена возможность выдавливания слабого грунта отсыпанной под основанием насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации. (должна быть обеспечена устойчивость основания)

2. Интенсивная часть осадки насыпи должна завершиться до устройства покрытия ДО (обеспечить стабильность)

3. Упругие колебания ЗП, возникающие при наличии торфяных грунтов в основании насыпи не должны превышать допустимые значения.

Допускаются следующие конструктивные решения

1) Насыпи, опирающиеся на минеральное дно болота (или искусственное основание).

А. Насыпи с полным удалением слабого грунта и заменой его качественным дренирующим грунтом.

Б. Насыпи, погружённые на минеральное дно болота, путём выдавливания слабого грунта в стороны.

В . Строительство эстакады.

2) Насыпи, опирающиеся на торфяные слои, с проведением мероприятий, улучшающих строительные свойства слабого грунта ():

А . частичное выторфовывание

Б . ЗП с вертикальными дренами или дренажными прорезями

В . Глубинное уплотнение слабых грунтов, грунтовыми сваями

Г . Химическое укрепление слабых грунтов основания

3) Земляное полотно, проложенное непосредственно на поверхности болота.

А . Массивные плавающие насыпи.

Б. Облегчённые насыпи.

В . Насыпи с использованием деревянных пластов, спец. облегченные конструкции.

Часть земляного полотна, находящуюся ниже поверхности болота, устраивают из дренирующих грунтов. Пылеватые грунты допускаются в надводной части земляного полотна. При условии соблюдения требований по обеспечению водно-теплового режима земляного полотна.

5. Обследование болот, этапы обследования.

1)Варианты трассы намечают на картографически материал.

2)Проводят изыскатеьные работы на месте, для детального иследования и сбора необходимой информации.

3)Осуществляется топографическая съемка плана болота

4) Проводиться сбор образцов слабых грунтов для оценки физико-механ. свойств.

5) На плане болота намечают сетку скважин для отбора образцов торфа. Сетка скважин от оси 50-150 м

6) По сетке проводят зондированное бурение на глубину не менее 0,5м. с шагом 50 м.

7) Производят статическое бурение, результаты которого дают представление о мощности слабых слоев.

В данной статье будет рассмотрено одно из распространенных природных образований, которое представляет собой переувлажненный участок поверхности земли со слоем торфа и своеобразными, характерными только для подобных местностей растительными формами, приспособившимися к условиям с недостатком кислорода, со слабой проточностью вод и с избытком влаги.

Здесь будут представлены различные типы болот с их краткой характеристикой.

Общая информация

Существует 3 основных признака болот:

• Избыточность и застойность вод.
• Наличие специфической, свойственной для болот, растительности.
• Процесс торфообразования.

Заболоченными землями обычно называют территории, где корни растений не могут достичь минерального грунта.

Образование

Прежде чем узнаем, какие существуют основные типы болот, выясним, каким образом они формируются.

Для образования подобных участков необходима постоянная избыточность влаги в почве и на ее поверхности, а также слабый водообмен (в т. ч. и с подземными водами). В свою очередь, недостаток кислорода, вызываемый избытком влаги, затрудняет доступ воздуха в грунт, в связи с чем происходит недостаточное разложение (или окисление) остатков отмирающей растительности, а также образуется торф. Последний - это почвенный субстрат, обладающий большой обводненностью. Он полностью состоит из разложившихся растений. Отличается торф разной степенью разложения. К примеру, степень разложения 70 % означает, что разложилось 70 процентов отмерших растений, а 30 - нет. Данный вид субстрата обладает прекрасной водоудерживающей способностью, поэтому в нем довольно высокое содержание воды (около 97% всего объема).

По формам и условиям питания различают низинные (по-другому эвтрофные), переходные (мезотрофные) и верховые (олиготрофные), соответственно имеющие вогнутую, плоскую и выпуклую формы поверхности.

Под низинными (эвтрофными) подразумеваются болота, находящиеся в понижениях, с увлажненной поверхностными и грунтовыми водами почвой, богатой минеральными солями. Верховые преимущественно питаются осадками из атмосферы, которые не очень богаты минеральными солями. Болота переходные относятся к промежуточной группе.

По растительности, преобладающей в местности, различают лесные, травяные, кустарничковые и моховые типы болот. По микрорельефу - бугристые, плоские, выпуклые. Топи - это самые переувлажненные территории болот.

Болота РФ

Типы болот России рассмотрим чуть ниже. А пока - общая информация.

Площадь болот в России составляет примерно 1,4 млн кв. км (примерно 10 % от площади всей территории страны). По приблизительным оценкам, в них сосредоточено около 3000 куб. м статических природных запасов вод.

Болота - это довольно сложный Состоит он из взаимосвязанных между собой биотопов, для которых характерны сильное увлажнение, наличие своеобразной влаголюбивой растительности и накопление различных органических остатков в виде ила или торфа. В условиях различного российского климата, рельефа, и в зависимости от пород подстилающих развиваются разные типы болот, каждый из которых отличается особенностями торфяной залежи, условиями питания водой и ее стоком, характеристиками растительности.

Выделяют следующие типы питания болот России: низинные, верховые и переходные.

О характере питания

Под характеристикой условий питания имеется в виду современная поверхность болота и наличие того верхнего слоя субстрата, где находятся корни растений. Для каждого типа болот чуть выше представлены их источники питания.

Избыток влаги является основным признаком любого болота. Он вызывает возникновение специфических видов животных и растительности, а также своеобразные особые условия гумификации, которые в умеренном климате приводят обычно к неполному распаду остатков растительности и образованию торфа.

Географическое распространение болот в РФ

Российские болота распространены практически во всех природных зонах, но главным образом в бессточных, избыточно увлажненых понижениях. Основная их масса сосредоточена в центральных районах и на

Наиболее заболоченные территории в России - тундра и таежная зона. Типы болот здесь самые разнообразные. Заболоченность в некоторых районах тундр составляет 50 %. В зонах тайги сосредоточено примерно 80 % всех В Европейской части России самыми заболоченными являются Вологодская, Ленинградская области и Республика Карелия (примерно 40 %).

Тайга Западной Сибири заболочена до 70 процентов. Огромное множество болот и на Дальнем Востоке, большей частью в Приамурье.

Распространение болот по типам

Типы болот России территориально распределены неравномерно. Верховыми занята половина общей заболоченной площади, причем преобладают они в регионах северных. Низинные составляют меньше половины (около 40 %) площади всех болот. Совсем незначительные участки занимают болота переходного типа (10 %).

Низинные болота в основной своей массе питаются речными или грунтовыми водами, и встречаются они большей частью в засушливых областях. А это - долины и дельты крупных рек. Болота верховые главным образом подпитываются атмосферными осадками, и чаще они встречаются в таежных и тундровых зонах Евразии. Основная часть (84 %) оторфованных площадей находится в азиатской части России.

А какой преобладает тип болота на Севере? Низинные болота запада Сибири занимают 42 %. Большая часть оторфованных земель (около 73 %) приурочена к области территорий с вечной мерзлотой.

Растительный покров

В низинных болотах преобладают следующие растения: береза пушистая, ива, сосна и ель. Из трав здесь преимущественно встречается осока, а из злаков - тростник и вейники. Из мхов в основном произрастают зеленые мхи.

Для переходных болот характерны береза и сосна (в Сибири - лиственницы даурская и сибирская, кедр), а также ива (чуть реже, чем в низинных болотах). Из трав здесь распространена такая же растительность, как и на низинных болотах, но не в таких значительных количествах. Наиболее часто здесь можно встретить альпийский пухонос, вейник, осоку бутыльчатую и шерстистоплодную. Встречается и растительность, характерная для верховых болот.

На болотах верховых встречаются сосна (в Сибири примешивается к ней кедр) и даурская лиственница. Кустарников здесь нет совсем, но зато преобладает в этих местах группа вересковых: кассандра, вереск, багульник, голубика и клюква. Тут же обильно произрастают и Распространена в таких местах и пушица одноголовая (травянистое растение), образующая большие кочки-дернины. Часто можно встретить и морошку с росянкой. Мхи здесь представлены только сфагнами.

Таким образом, по характеру торфа и растительному покрову тоже можно судить о том (как отмечалось выше), каков тип болот.

В заключение об экологических проблемах

За последние годы все больше и больше возникают негативные процессы в связи с чрезмерной, разрушительной эксплуатацией болот. В первую очередь это загрязнение, избыточный забор вод из грунта и массовая добыча торфа. Также немаловажную роль в этом сыграли осушение и распашка, нарушение режима гидрологии при строительстве дорог, газо- и нефтепроводов и прочих сооружений.

Осушение болот часто приводит к возгораниям торфа, к деградации земель и потере разнообразия биологического мира. Все работы должны проводиться осторожно, с обязательным сохранением большей части болотных угодий. Обязательно следует соблюдать правила сохранения экологического равновесия в природе.

СООРУЖЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА БОЛОТАХ

1.Типы болот, конструкции насыпей, сроки консолидации

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные,

появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные - грунтового, озерного или речного питания; переходные - смешанного питания; верховые - атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 1), принципы которой разработаны Н. П. Кузнецовой (1936 г.), а позже несколько дополнены К. С. Ордуянцем (1946 г.) и В. Д. Казарновским (1976 г.). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Для строительных целей необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому в дополнение к инженерной классификации болот их делят по прочностным показателям на три строительных типа: I тип -грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип - грунты, выдавливание которых возможно; III тип - грунты, выдавливание которых происходит обязательно.

Изучение механических характеристик болотных грунтов показывает, что они зависят от состава и состояния грунтов, поэтому тип болотного грунта устанавливают по таким показателям, как влажность и зольность (табл. 2).

Конструкции земляного полотна на болотах (табл. 3) принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, капитальности дорожных сооружений и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов.

Таблица 1

Таблица 2

* К 1 типу относить грунты при W<500%

** К 1 типу относить торф средней зольности при W<400%

Таблица 3

При строительстве дорог с усовершенствованными капитальными или облегченными типами покрытий применяют конструкции, при которых исключается осадка земляного полотна после устройства дорожной одежды. На болотах I типа небольшой глубины устраивают насыпи, опирающиеся на минеральное дно (рис.1,а) или с продольными дренами (рис.1,б) на болотах с вертикальными дренами (рис.1,в). При строительства дорог а переходными и низшими типами покрытий на болотах I и II типов глубиной до 4 м возводят насыпи с частичным выторфовыванием (рис.1, г) или без выторфовывания (рис. 1,д). На болотах Ш типа дороги с любым типом покрытия устраивают в насыпи, опирающейся на минеральное дно болота (рис. 1, е). Такую конструкцию применяют на болотах II типа при сооружении дорог с усовершенствованными покрытиями. Кроме приведенных конструкций, иногда земляное полотно устраивают опирающимся на сваи, железобетонные оболочки, взвешенные в болотной массе, или дорогу прокладывают на эстакаде.

Наиболее простым и экономичным решением является возведение земляного полотна непосредственно на поверхности болота. Возможность осуществления таких конструкций рассматривают в первую очередь.

Следует заметить, что почти все дороги, построенные в дореволюционное время на переходах через болота, имели в основании насыпи деревянный настил (слани). Многие из этих дорог эксплуатируются до настоящего времени. Устойчивость такой конструкции определяют горизонтальные элементы, которые воспринимают растягивающие напряжения. Элементы сланей служат арматурой грунтовой конструкции. В настоящее время в качестве такой арматуры применяют стержня и полосы из металла или пластмасс, покрытие из синтетической ткани (стеклоткань). Арматуру укладывают в нижнюю часть насыпи на предварительно отсыпанный рабочий слой толщиной 15-20 см. Стержни укладывают в виде решетки. Поперечная арматура является рабочей, продольная служит для распределения усилия и анкеровки. Уложенную арматуру или ткань засыпают слоем грунта, который выравнивают и уплотняют, после чего насыпь возводят обычным способом. При выборе конструкции земляного полотна на болоте учитывают расходы на строительство и последующую эксплуатацию дороги. Существенное значение имеет время консолидации земляного полотна, особенно при необходимости устройства капитальной дорожной одежды.

Примеры строительной стоимости различных конструкций приведены на рис. 2, эксплуатационных затрат и продолжительности консолидации - в табл. 4.

Таблица 4

Сравнение вариантов конструкции земляного полотна на болоте производят по разности показателей в приведенном виде

где С 1 и С 2 - сметные стоимости соответственно первого и второго вариантов; Э 1год и Э 2год -среднегодовые эксплуатационные затраты для первого и второго вариантов; Е н - нормативный коэффициент эффективности (применяется в настоящее время равным 0,12); Т 1 и Т 2 -длительность строительства по первому и второму вариантам; Нр - условно-постоянные накладные расходы по первому варианту; Пр -среднегодовая прибыль в транспортной отрасли за счет ввода в действие; S 1 и S 2 - величина ущерба от аварийного выхода объекта из строя для первого и второго вариантов; g 1 и g 2 - вероятность аварийных разрушений для первого и второго вариантов за срок службы конструкций; К 1 и К 2 - средний размер основных производственных фондов и оборотных средств для первого и второго вариантов.

Расчет производят на весь нормативный срок работы дороги на всю протяженность перехода через болото.

2. Возведение насыпей с полным или частичным выторфовыванием

Удаление торфа - выторфовывание - производят с помощью машин, взрывным способом или применяют гидромеханизацию.

Выторфовывание возможно только на болотах I и II типов. До начала основных работ на болотах, так же как и на других участках, выполняют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность болотных грунтов очень низкая (14-18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, когда при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грунтов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из элементов сборного железобетонов.

Выторфовывание машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осушенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. Отвалы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке и уплотнении грунта. Для отсыпки нижней части насыпей на болотах допускают только дренирующие грунты: песчаные крупные или средней крупности, крупнообломочные или скальные, а также супеси легкие крупные с содержанием глинистых частиц не более 6%. Толщина дренирующего слоя должна быть на 0,5 м больше суммы глубины выторфовывания и осадки основания S. Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием драглайна, при этом возможны два способа разработки торфа; экскаватор перемещается непосредственно по поверхности болота или по переносным щитам и производит работу «на себя» (рис. 3, а); экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи и работает «от себя» (рис. 3, б).

Второй способ применяют обычно на болотах II типа, когда несущая способность болотных грунтов недостаточна для безопасной работы машин.

Вынутый торф складывают в отвалы или вывозят. Отвалы размещают от края траншеи на расстоянии, равном или большем глубины болота.

Одновременно с разработкой траншеи для насыпи тем же экскаватором устраивают и боковые канавы.

Траншею, образующуюся при выторфовывании, необходимо быстро заполнять грунтом насыпи, так как откосы ее сравнительно скоро оплывают и пустая траншея заполняется водой или жидкой болотной массой, (особенно при болотах II типа). Минеральный грунт насыпи вытесняет воду и жидкую болотную массу, но часть торфа

может оказаться засыпанной грунтом насыпи и это вызовет в дальнейшем ее деформацию. С целью уменьшения вероятности такого случая глубину выторфовывания принимают больше мощности торфа на 15-20 см.

Отсыпку насыпи вначале ведут по способу «с головы» до уровня поверхности болота или на 15-20 см выше, дальнейшую досыпку до проектной высоты производят по способу «послойной отсыпки».

Для уплотнения нижней части насыпи применяют метод временной пригруэки, механическое уплотнение трамбующими плитами и глубинное виброуплотнение. Грунт верхней части насыпи уплотняют обычным послойным способом катками или трамбующими машинами. Схемы организации работ при выторфовывании экскаваторами показаны на рис. 3.

При выторфовывании экскаватором с поверхности болота работы выполняют на четырех-пяти захватках. На I захватке экскаватор драглайн производит выторфовывание. Экскаватор устанавливают на деревянный щит из круглого леса диаметром 10-18 см. Выторфовывание производят на всю ширину насыпи или на половине ширины в зависимости от параметров применяемого экскаватора и размера насыпи по ширине. Торф выгружают в отвал, расположенный сбоку. По мере продвижения экскаватора вдоль трассы он переходит на второй щит, а первый переставляют вперед.

На II захватке засыпают траншею выторфовывания и отсыпают насыпь на высоту 0,5-0,6 м над поверхностью болота, Грунт доставляют на автомобилях, тракторных прицепах или скреперами. Выгруженный грунт перемещают бульдозером в траншею заполняют траншею грунтом своевременно, чтобы недопустить обрушения ее откосов и заполнения торфяной массой.

Уплотнение нижней части насыпи на III захватке производят редко, чаще эту захватку выделяют как некоторый задел, обеспечивающий фронт работ для последующей послойной досыпки насыпи, до проектной отметки. В связи с тем, что насыпи на болотах отсыпают из песчаных грунтов, а снизу насыпь увлажняется, происходит естественное уплотнение грунта. Поэтому нижнюю часть насыпи очень редко уплотняют машинами, обычно в тех случаях, когда необходимо устраивать дорожные одежды непосредственно за земляными работами.

Описание работы

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные,
появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные - грунтового, озерного или речного питания; переходные - смешанного питания; верховые - атмосферного питания.

— избыточно увлажненные участки суши со своеобразной болотной растительностью и слоем торфа не менее 0,3 м, поэтому характеризуются затрудненным обменом газов. Болота обычно содержат от 87 до 97 % воды и лишь 3-13 % сухого вещества (торфа).

При меньшей мощности торфа или его отсутствии избыточно увлажненные территории называются заболоченными землями.

Болота формируются при зарастании водоемов или при заболачивании местности.

Основной путь образования болот — заболачивание, которое начинается с появления периодического, а затем постоянного переувлажнения почвогрунтов. Этому способствует климат. Избыток влаги из-за обилия осадков или слабого испарения, а также высокий уровень грунтовых вод, характер грунта — плохо проницаемые породы; «вечная мерзлота», рельеф — плоские участки при неглубоком дренаже или понижения с замедленным стоком; продолжительные половодья на реках и т. д. Леса в условиях избытка влаги, а значит, анаэробных условий и кислородного голодания погибают, что способствует большему заболачиванию из-за сокращения транспирации.

На переувлажненных землях поселяется влаголюбивая растительность, приспособленная к недостатку кислорода и минерального питания, — мох и др. Моховая дернина, хорошо впитывающая и задерживающая влагу, напоминающая мокрую губку, способствует еще большему заболачиванию суши. Так что в дальнейшем именно растительности принадлежит ведущая роль в заболачивании. В условиях недостатка кислорода происходит неполное разложение растительных остатков, которые, накапливаясь, образуют торф. Поэтому заболачивание практически всегда сопровождается торфонакоплением.

Наиболее благоприятные условия для накопления торфа существуют в лесах умеренного пояса, особенно Западной Сибири, где в пределах лесоболотной зоны заболоченность составляет иногда более 50 % территории, мощность торфа 8-10 м. К северу и югу от лесной зоны мощность торфяной залежи сокращается: к северу вследствие уменьшения прироста растительной массы в условиях холодного климата, к югу — из-за более интенсивного разложения растительных остатков в теплом климате. В условиях жаркого влажного климата огромный прирост биомассы компенсируется интенсивным процессом распада отмерших растений, и болот немного, хотя вечнозеленые экваториальные леса переувлажнены.

Строение торфяной залежи болот, возникших на месте озер или суходолов, различно. Торфяники, образовавшиеся в результате заболачивания озер, имеют под слоем торфа озерный ил — сапропель, а при заболачивании суши торф залегает непосредственно на минеральном грунте.

Болота развиваются в различных климатических условиях, но особенно характерны для лесной зоны умеренного пояса и тундр. На их долю в Полесье приходится 28 %, в Карелии — около 30 %, а в Западной Сибири (Васюганье) — свыше 50% территории. Резко уменьшается заболоченность в степных и лесостепных зонах, где меньше осадков, а испаряемость усиливается. Общая площадь, занимаемая болотами, составляет около 2 % площади суши Земли.

Типы болота

По характеру водного питания и растительности болота подразделяют на три типа: низинные, верховые и переходные.

Низинные болота образуются на месте бывших озер, в долинах рек и в понижениях, которые постоянно или временно затопляются водой. Питаются они преимущественно грунтовыми водами, богатыми минеральными солями. В растительном покрове господствуют зеленые мхи, различные осоки и злаки. На более старых болотах появляются береза, ольха, ива. Эти болота отличаются слабой заторфованностью — мощность торфа не превышает 1 — 1 ,5 м.

Верховые болота формируются на плоских водоразделах, питаются в основном атмосферными осадками, для растительности характерен ограниченный видовой состав — сфагновые мхи, пушица, багульник, клюква, вереск, а из древесных — сосна, береза, реже кедр и лиственница. Деревья сильно угнетены и низкорослы. Сфагновый мох лучше произрастает в середине болотного массива, на окраинах он угнетается минерализованными водами. Поэтому верховые болота несколько выпуклые, их середина возвышается на 3-4 м. Торфяной слой достигает 6-10 м и более.

Переходные болота , или смешанные представляют переходную стадию между низинными и верховыми. В низинных болотах происходит накопление растительных остатков, поверхность болота повышается. В результате этого грунтовая вода, богатая солями, перестает питать болото. Травяная растительность отмирает и заменяется мхами.

Таким образом, низинные болота превращаются в верховые, а последние покрываются затем кустами или луговой растительностью, превращаясь в суходольные луга. Поэтому в природе редко встречаются моховые или травяные болота в чистом виде.

Болота имеют большое хозяйственное значение. Так, торфяные болота — источник топлива для промышленности. Первая тепловая электростанция в мире, работающая на торфе, была построена в России в 1911 г. (в г. Электроугли).

Торф низинных болот — хорошее органическое удобрение. Поэтому частично низинные болота осушают и превращают в плодородные угодья. Но не все болота подлежат осушению, часть из них надо сохранять, чтобы не нарушить сложившиеся в природе взаимосвязей.

Болота увлажняют воздух местности, являются местами произрастания ценных видов растений (клюквы, морошки, голубики) и обитания многих видов животных, особенно птиц, являются природными резервуарами воды, которые питают реки.

3.1. Типы болот, их классификация, конструкции насыпей
на болотах

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные, появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные – грунтового, озерного или речного питания; переходные – смешан­ного питания; верховые – атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 3.1), принципы которой разработаны Н.П. Кузнецовой (1936), а позже несколько дополнены К.С. Ордуянцем (1943) и В.Д. Казарновским (1976). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Таблица 3.1

Классификация болот (строительная)

Для строительных целей необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому при проектировании и возведении земляного полотна болота принято разделять на три типа: I тип – грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип – грунты, выдавливание которых возможно; III тип – грунты, выдавливание которых происходит обязательно. Наиболее часто приходится иметь дело с болотами I типа, кото­рые занимают на территории России около 90 % всех заболоченных участков.

Конструкции земляного полотна на болотах принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, категории железной дороги и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов. Для возведения насыпей на болотах предусматривают использование преимущественно дренирующих грунтов. При отсутствии дренирующих грунтов на болотах I и II типов допускается применять пылеватый песок, а также легкую супесь. На болотах III типа – пылеватые пески, легкие супеси и др., глинистые грунты разрешается укладывать только в верхнюю, надземную часть насыпей. Насыпь из пылеватого песка и легкой супеси, сооружаемая в пределах осушенных или осушаемых болот, должна возвышаться на 2 м и более над уров­нем воды в болоте или в водоотводной канаве.

На болотах I типа при отсыпке насыпи до 3 м, полностью или частично удаляют торф из основания и заменяют его минеральным грунтом. На болотах глубиной до 2 м торф удаляют полностью. Частично удаляют торф на болотах глубиной более 2 м (рис. 3.1). При этом глубину траншей для дорог I и II категорий назначают так, чтобы сумма величин высоты насыпи над поверхностью болота и глу­бины траншеи была не менее 3,5 м, для дорог III категории – не ме­нее 3 м. Отношение общей высоты насыпи (включая высоту части, расположенной ниже поверхности болота, и величину расчетной осадки) к толщине уплотненного слоя торфа в основании насыпи должно быть не менее 2:1. Крутизну откосов траншеи выторфовывания назначают от 1: 0 до 1: 0,5 в зависимости от принятого способа производства работ (при устройстве траншеи драглайном – 1:0, при использовании бульдозеров – 1: 0,5).

Рис. 3.1. Поперечные профили насыпей высотой до 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов на болотах глубиной до 2 м; б – из мелких и пылеватых песков, легких супесей на болотах глубиной до 2 м; в – из дренирующих грунтов на болотах глубиной 2…4 м

Насыпи высотой более 3 м на болотах I типа (рис. 3.2) устраива­ют без выторфовывания с расчетом использования торфа в качестве естественного основания земляного полотна.

Рис. 3.2. Поперечные профили насыпей высотой более 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легких крупных супесей

На болотах II типа, независимо от высоты насыпи, предусматривают полное удаление торфа устойчивой консистенции и посадку насыпи на минеральное дно болота (рис. 3.3). На расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса насыпи с обеих сторон устраивают канавы – торфоприемники, ширину которых назначают не менее 2 м, а глубину – равной толщине растительно-корневого покрова, но не менее 1 м.

На болотах III типа насыпи сооружают с использованием минерального дна для их основания с предварительным удалением (рис. 3.4) или без удаления торфяной корки. Если сплавина не удаляется, то высота насыпи над ней должна быть не менее 3 м.

Рис. 3.3. Поперечные профили насыпи на болотах II типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легкой крупной и легкой супеси

Рис. 3.4. Поперечный профиль насыпи на болотах III типа

3.2. Технология возведения насыпей с полным
или частичным выторфовыванием

Возведение насыпей на болотах включает следующие процессы: осушение болота, если это предусмотрено проектом; подготовку основания; отсыпку нижней части насыпи (ниже уровня болота); отсыпку верхней части насыпи. Подготовку основания под насыпь увязывают с отсыпкой насыпи так, чтобы разрывы во времени были минимальны. До начала основ­ных работ на болотах, так же как и на других участках, выполня­ют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность болотных грунтов очень низкая (14...18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, ког­да при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грун­тов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из эле­ментов сборного железобетона.

Выторфовывание машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осу­шенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. От­валы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке по схеме « с головы» . Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием дра­глайна. При этом возможны две схемы работ: первая – при движении по оси траншеи или вдоль бровки ее с односторонней или двусторонней разработкой; вторая – при движении вдоль траншеи тремя проходками. По стоимости и трудоемкости всего комплекса работ эти схемы приблизительно равноценны.

При организации работ по первой схеме экскаватор, двигаясь по оси траншеи, разрабатывает ее на полный профиль и укладывает грунт в два отвала по обе стороны траншеи (рис. 3.5, а ). Схема обес­печивает наименьшую стоимость и трудоемкость благодаря наимень­шим углам поворота стрелы экскаватора. Объем работ по перемеще­нию торфа в кавальер бульдозером наибольший, причем бульдозер ра­ботает в стесненных условиях ввиду близости отвала торфа к бров­ке траншеи. Поэтому торф из отвала в кавальер перемещается толь­ко после засыпки траншеи минеральным грунтом до уровня болота.

Эта схема применяется в случаях, не требующих предварительно­го устройства водоотводных канав.

При односторонней схеме экскаватор движется вдоль бровки траншеи, разрабатывая ее на полный профиль за одну проходку, и укладывает грунт в один отвал (рис. 3.5, б ). Углы поворота стрелы экскаватора здесь больше, чем при движении его по оси траншеи, и производительность уменьшается примерно на 6 %. По этой схеме одновременно с разработкой траншеи возможно устройство одной водоотводной канавы.

Рис. 3.5. Схемы организации работ при выторфовывании экскаватором: а – при движении экскаватора по оси траншеи; б – при одностороннем движении экскаватора;
в – при двустороннем (I;II) движении экскаватора; г – тремя проходками (I; II; III) экскаватора

При двусторонней разработке траншеи (рис 3.5, в ) работы ведутся двумя проходками. Экскаватор идет по одной стороне траншеи, разрабатывая ее на половину ширины, и затем, возвращаясь по другой бровке, разрабатывает траншею на полный профиль. Торф укладывается в два отвала. Одновременно с разработкой траншей возможно устройство водоотводных канав. Работы можно вести либо одним, либо двумя экскаваторами одновременно.

Приведенная схема обеспечивает наименьшую трудоемкость перемещения торфа в кавальер; бульдозер только разравнивает отвал торфа слоем до 0,5 м.

При разработке тремя проходками (рис. 3.5, г ) экскаватор снача­ла разрабатывает среднюю часть траншеи, а затем ее крайние части. Из отвала у центральной части траншеи торф перемещается за пределы очертаний основания насыпи бульдозером или драглайном. Рабо­ты можно производить одним или двумя экскаваторами одновременно.

При устройстве широких и глубоких траншей с большим объемом выторфовывания, особенно на болотах с низкой несущей способнос­тью, торф транспортируется в специальные отвалы автосамосвалами, занятыми на возведении насыпи. Экскаватор в этом случае перемещается по отсыпаемой насыпи. Эта схема получила название «от себя».

На глубоких болотах более качественным выторфовыванием считают метод взрывания зарядов под насыпью. Заряды закладывают в скважинах, пробуренных через насыпь, и в стороне от нее рядами через 3…4 м. Сначала взрывают внешние заряды, которые образуют торфоприемные траншеи, затем с замедлением в 20…30 миллисекунд (мс) заряды под насыпью. При широких насыпях первыми взрывают осевые заряды, затем с замедлением – крайние, тогда раньше опускается средняя часть насыпи и отжимает разрыхленную массу в стороны.

Взрывные работы на болотах эффективны и их применяют во всех случаях, когда позволяют условия обеспечения безопасности.

Взрывами можно производить полное и частичное удаление торфа, рыхление торфа (разрушение структуры), устройство торфоприемников, канав, выравнивание минерального дна или устройство упор­ных канав при уклоне дна болота для предотвращения скольжения насыпи. На болотах I типа обычно ведут разработку торфа на выброс с расчетом получения полного профиля до дна болота.

Расчет взрывных работ ведут по эмпирическим формулам, в основе которых использована зависимость количества взрывчатого вещества от объема разрабатываемой породы:

где a – показатель выброса; q – расход ВВ, кг/м 3 ; W – расчетная линия сопротивления, равная глубине взрываемого слоя торфа. Расстояния между зарядами (в ряду) принимают равными 0,9 W; 1,1 W; 1,2 W, в зависимости от плотности торфа (чем плотнее торф, тем расстояние между зарядами меньше). Расстояние между рядами зарядов принимают равным 0,85 W.

Выторфовывание средствами гидромеханизации. Применение гид­роме­ханизации эффективно при определенных условиях. В частности при достаточно больших сосредоточенных объемах работ, наличии достаточного объема воды и дешевой электроэнергии. При возведении земляного полотна на болотах такие благоприятные условия встречаются сравнительно редко, однако при наличии этих условий применение гидромеханизации весьма эффективно.

Сущность работ состоит в размыве торфа мощной струей воды, в результате чего образуется рыхлая жидкая масса, которая легко отжимается грунтом возводимой насыпи. На болотах I типа торф размывают гидромонитором, гидросмесь перекачивают передвижными землесос­ными установками в отвал. Образовавшуюся траншею заполняют грунтом насыпи при отсыпке ее с головы или комбинированным способом.

На болотах II и III типов производят только размыв верхнего сплавинного слоя торфа гидромониторами. Разжиженный торф не удаляют; он отжимается грунтом насыпи в боковые прорезы, сделанные также гидромониторами. Подачу грунта для насыпи осуществляют также по способу гидромеханизации. На болотах II и III типов применяют метод инъекции песчаного грунта, при котором гидросмесь подают по трубе непосредственно в разжиженную торфяную массу, и песок вытесняет торф.

Работу проводят в такой последовательности: установка насос­ной станции и прокладка трубопровода; размыв торфа в траншее гидромониторами; отсыпка грунта в траншею с погружением на минеральное дно; возведение верхней части насыпи. Отсыпку грунта насыпи производят с помощью машин, а также по способу гидромеханизации. Грунт для насыпи получают путем размы­ва гидромонитором или добычей со дна водоема землесосной установ­кой (земснарядом). Намыв насыпи осуществляют безэстакадным спосо­бом путем укладки трубопровода непосредственно на поверхность на­мываемой насыпи.