Для возведения земляного полотна применяют бульдозеры, скреперы, экскаваторы, автогрейдеры и др.
В настоящее время практически все земляные работы выполняют механизированным способом. Наиболее распространенным механизмом в лесных организациях является бульдозер.
Технологический процесс производства земляных работ включает рыхление, разработку разрыхленного грунта, перемещение грунта, разравнивание, уплотнение и планировку. Перемещать грунт на короткие расстояния можно отвалом дорожной машины, а на большие — с помощью транспортных средств. В этом случае процесс перемещения грунта включает погрузку, перевозку и выгрузку. В зависимости от дальности перемещения, видов грунта и степени концентрации земляных работ используют различные машины.
Бульдозеры применяют для отсыпки невысоких насыпей (до 1 м) из расположенных вдоль дороги резервов, а также для разработки выемок и траншей. Наиболее эффективно он работает совместно со скреперами или экскаваторами. Продольное перемещение грунта бульдозерами целесообразно на расстояние до 100—120 м.
Скреперы применяют для копания, перевозки и послойного разравнивания грунта при дальности перемещения 100—700 м (в зависимости от емкости ковша). Особенно эффективно их применение для разработки выемок, вскрытия карьеров и планировки площадок. Легкие грунты скреперы разрабатывают без предварительного рыхления, а тяжелые — после рыхления. Для возведения невысоких насыпей и планировочных работ применяют автогрейдеры, для отрывки глубоких канав и выемок и при разработке карьеров — экскаваторы.
При строительстве лесохозяйственных дорог для возведения земляного полотна большей частью используют грунт из боковых резервов и реже из притрассовых карьеров. Поэтому на земляных работах используют в основном бульдозеры, но при расстояниях перемещения грунта более 80—100 м — скреперы или экскаваторы с самосвалами.
В механизированных бригадах (или звеньях) по возведению земляного полотна обычно требуется следующий комплект машин: 3—4 бульдозера на тракторе (типа Т-100), корчеватель, 2—3 катка на пневмоколесном ходу или прицепных кулачковых, автогрейдер (или прицепной грейдер), поливочная машина (для увлажнения укатываемого грунта), канавокопатель и 1— 2 трактора для буксировки применяемых орудий. Число рабочих в бригаде в зависимости от типа машин должно быть 5—9.
При удовлетворительных грунтах земляное полотно в насыпях наиболее дешево и просто возводить бульдозерами из притрассовых резервов. Большей частью насыпи устраивают из двусторонних резервов, так как в этом случае сокращается расстояние перемещения грунта. Небольшая ширина полотна лесохозяйственных дорог позволяет применять односторонние резервы, при которых уменьшается ширина требуемой просеки и, следовательно, количество вырубаемой древесины. Резервы не следует устраивать глубиной менее 0,3 м; наиболее целесообразная глубина 0,75—1 м. На косогорных участках (при уклоне больше 1 :10) грунты следует разрабатывать только из односторонних резервов, устраиваемых с нагорной стороны. При резании и транспортировке грунта под уклон производительность бульдозеров значительно повышается — на 15—40%.
Технология работ по возведению насыпи (высотой до 1,5 м) бульдозерами с использованием вспомогательных механизмов из боковых резервов. Длина захваток определяется сменной или кратной ей линейной производительностью бульдозеров, выполняющих основные работы. Обычно она бывает равна 100—150 м. Фронт работы состоит из четырех захваток. На I захватке грунт разрабатывают в резервах и перемещают в нижний слой насыпи; на II уплотняют нижние слои насыпи; на III разрабатывают грунт в резерве и перемещают в верхние слои насыпи и обочины; на IV уплотняют верхний слой насыпи, планируют полотно, дно резервов и отделывают откосы.
Устройство бульдозером насыпей высотой больше 1,5 м на значительном протяжении экономически неэффективно. На коротких участках (до 200 м) такие насыпи можно отсыпать и бульдозером, например из сосредоточенных резервов, перемещая грунт под углом 40—45° к оси насыпи, а затем вдоль оси. При значительном протяжении участков насыпи высотой больше 1,5 м обычно нижнюю часть (до 1,2 м) возводят бульдозерами, а верхнюю досыпают скреперами.
В лесных условиях грунт в резервах часто бывает в переувлажненном состоянии, поэтому резервы следует разрабатывать по траншейно-полосной схеме. Грунт в резерве срезают в результате движений бульдозера полосами-траншеями по ширине отвала бульдозера (траншеи 1, 2, 3, 4 и т. д.). Между траншеями оставляют стенки-полосы шириной 0,8—1 м, которые разрабатывают в последнюю очередь, после просыхания грунта. Перемещаемый из траншеи на подошву насыпи переувлажненный грунт не разравнивают, а укладывают поперечными валами-полосами с разрывом 10—20 см, оставляют для просушки, по мере достаточного просыхания разравнивают продольными проходами бульдозера и уплотняют. Затем срезают в резервах просохшие стенки и из них отсыпают верхние слои насыпи или досыпают обочины. В случае длительного перерыва работ по устройству земляного полотна поверхность незаконченной насыпи необходимо уплотнить и тщательно спланировать с приданием ей двустороннего уклона 20—30‰. Резервы и водоотводные канавы следует спланировать и прочистить для беспрепятственного отвода воды от земляного полотна.
При отсыпке насыпей способом продольного перемещения грунт берут из смежных выемок и реже из специальных карьеров. Особенно выгодно использовать грунт из смежных выемок. В этом случае можно сразу отсыпать грунт на полную высоту насыпи крутонаклонными слоями или осуществлять продольную отсыпку пологими слоями. Первый способ более производителен, но лучшее уплотнение насыпи достигается при 2-м способе. Первый способ целесообразен при отсыпке насыпи на болото. Толщина слоев зависит от вида применяемых для уплотнения машин. Перед уплотнением отсыпаемые слои грунта следует разравнивать и грубо планировать бульдозером или автогрейдером. В жаркий период отсыпанный грунт следует возможно быстрее укатать, пока он сохраняет естественную влажность и достаточно хорошо уплотняется. При необходимости отсыпки насыпей на болотах зачастую грунт приходится транспортировать на значительное расстояние, тем более что требуются дренирующие грунты — песчаные или гравелистые. В этом случае грунт разрабатывают в карьере или выемке экскаватором с рабочим оборудованием в виде прямой лопаты или драглайна.
Для снижения стоимости возведения земляного полотна необходимо использовать такие дорожные машины, которые в данных условиях могут работать наиболее эффективно. Приведен разработанный в тресте «Оргтехлесстрой» график себестоимости земляных работ с учетом расстояния перемещения грунта для основных землеройных машин. Из графика видно, что при использовании бульдозеров стоимость земляных работ минимальна (до 4 коп./м3), если расстояние перемещения грунта не превышает 50 м. При большей дальности перемещения наименьшую себестоимость обеспечивает использование скреперов, но и в этом случае при расстоянии 500 м и емкости ковша 2,25 м3 или 900 м и 8 м3 себестоимость возрастает до 20 коп./м3. При еще большей дальности перемещения более выгодно разрабатывать грунт в карьерах или выемках экскаваторами с рабочим оборудованием в виде прямой лопаты или драглайна с перевозкой грунта на самосвалах. В этом случае себестоимость 1 м3 грунта составляет 25—30 коп.
Выемки наиболее целесообразно разрабатывать по ярусно-траншейной схеме, обеспечивающей минимальные потери грунта при перемещении бульдозером. Верхний ярус выемки в плане разделяют в продольном направлении на полосы, равные по ширине отвалу бульдозера, между которыми оставляют стенки-полосы шириной 1 м. Эти стенки препятствуют потере грунта при перемещении по траншее. Разработку выемки начинают с траншей, примыкающих к бровкам. После перемещения грунта из траншей 1-го яруса оставшиеся стенки срезают участками косым движением бульдозера (под углом 35—40°), а после наполнения отвала грунт сдвигают в оставшуюся траншею и перемещают вниз; так же разрабатывают и следующие ярусы. При перемещении на расстояние не больше 25—30 м грунт срезают и перемещают в насыпь за один прием; при большем расстоянии его перемещают в траншее до тех пор, пока нет значительных потерь (на 25—30 м), а затем оставляют в виде промежуточного вала. После накопления в промежуточном валу грунт перемещают дальше примерно на такое же расстояние или отсыпают в насыпь.
Разработку выемок с перемещением грунта в кавальер осуществляют редко, — если грунт непригоден для возведения насыпей или большая длина выемок. При отвале грунта в кавальеры бульдозером можно разрабатывать только неглубокие, открытые выемки. Разработку обычно ведут поперечными ходами челночным способом по ярусно-траншейной схеме. Дальность перемещения грунта бульдозерами не должна превышать 100—120 м, при большем расстоянии необходимо применять скреперы. Кроме того, их используют для возведения высоких насыпей из резервов или из специальных грунтовых карьеров. На заболоченных участках, в сыпучих песках и на участках, не очищенных от кустарников, корней, пней и валунов, скреперы применять не следует.
При использовании скреперов в лесных условиях грунты необходимо предварительно разрыхлить и очистить от корней. Однако излишне мелкое рыхление ухудшает наполнение ковша и снижает производительность скреперов. Наиболее целесообразно такое рыхление грунтов, при котором образуются комки диаметром в поперечнике 5—10 см.
В условиях лесхозов наиболее часто применяют совместно скрепер и бульдозер: верхнюю часть выемок отрывают бульдозером и далее разрабатывают скреперами. При возведении насыпей нижнюю часть устраивают бульдозерами, а верхнюю (высотой более 1,2 м) — скреперами. В этом случае необходимо бульдозером устраивать для них въезды и съезды с уклонами соответственно не более 20 и 50‰. Расстояние между въездами составляет обычно 60—120 м в зависимости от емкости скреперов, высоты насыпи и местных условий. На болотах грунт из карьеров подвозят скреперами, а первоначально укладывают в насыпь бульдозерами. По достижении высоты 0,3—0,4 м дальнейшую отсыпку насыпи снова выполняют скреперами.
При разработке выемок скрепер набирает грунт в пределах выемки, а затем, двигаясь вдоль полотна, укладывает в прилегающую насыпь. В выемках грунт срезают слоями по 25—30 см. Загружать и разгружать скреперы следует только при движении на прямых участках. Образующиеся на откосе выемки (уступы) срезают грейдером или выравнивают поперечными проходами бульдозера. Дно забоев, в которых работают скреперы, должно иметь продольный уклон не менее 3‰, что обеспечивает водоотвод и осушение забоев.
Для уменьшения ширины просеки в лесном массиве и количества вырубаемого леса, а также в случае, если устройство резервов вдоль дороги нежелательно по эстетическим соображениям (в зонах отдыха), для насыпей можно использовать грунт из сосредоточенных резервов или грунтовых карьеров, скрытых от дороги лесом и расположенных в стороне на полянах или вырубках. Путь движения скреперов от карьеров к дороге должен иметь возможно меньше поворотов, причем при движении на повороте, как правило, ковш скрепера должен быть разгружен. Дорогу от карьера к месту возведения насыпи следует хорошо спланировать и систематически грейдировать.
На участках дороги, проходящих вне лесной территории, а также на хорошо очищенных от корней грунтах для устройства невысоких насыпей (до 0,7 м) используют грейдеры и автогрейдеры. При этом переломы продольного профиля на трассе необходимо предварительно сгладить бульдозером. При возведении насыпи грейдером из боковых резервов длина захватки обычно 400—800 м. На лесных грунтах со значительными остатками корневой системы работы по вырезанию грунта следует выполнять тяжелыми автогрейдерами или прицепными грейдерами; перемещение и разравнивание грунта — автогрейдерами среднего типа. Насыпь возводят последовательными круговыми проходами грейдера с послойной вырезкой грунта, начиная от внутренней бровки резерва, затем проходами для перемещения грунта и укладки в насыпь. Каждый слой грунта, разравниваемый грейдером, необходимо уплотнять катками.
Качество земляного полотна зависит от степени уплотнения, которое следует производить сразу после отсыпки и послойного разравнивания. Каждый слой надо уплотнять равномерно по всей площади и на всю толщину. Если грунт очень сухой, то для хорошей укатки его следует поливать до слегка влажного состояния. При использовании катков на пневматических шинах на связанных (глинистых и суглинистых) грунтах требуется по 6—8 проходов по одному следу, на песчаных — по 4—6. Обычно насыпи плохо уплотнены в местах, непосредственно прилегающих к мостам. В таких неудобных местах можно использовать трамбующие плиты (железобетонные плиты или блоки), поднимаемые вверх экскаваторами, или трамбовки и самоходные машины ударно-трамбующего действия.
Несмотря на применение уплотняющих машин с течением времени наблюдается самоуплотнение насыпей. Поэтому желательно отсыпать земляное полотно за год до устройства дорожной одежды. При этом необходимо обеспечить сохранность подготовленного земляного полотна, так как в образовавшихся на его поверхности колеях от тяжелых машин скапливается вода и размачивает земляное полотно, которое настолько насыщается водой, что может расплыться, а иногда в средней части образуются ямы, наполненные водой и жидкой грязью.
Подготовленное земляное полотно после укатки следует спрофилировать, его поверхность должна иметь уклон в стороны крутизной 20—30‰ (2—3 см на 1 м). После дождей и в сырые периоды проезд по такому земляному полотну должен быть полностью закрыт, а в сухое время года или при замерзшей верхней части движение машин даже полезно, так как способствует уплотнению грунта. В зимний период на подготовленном к укладке дорожной одежды земляном полотне снег разгребать не следует, чтобы уменьшить промерзание грунтов и зимнее влагонакопление.