PROJEKTOWANIE ROBÓT ZIEMNYCH

W BUDOWNICTWIE DROGOWYM

Głażewski M, Nowocień E., Piechowicz K.: Roboty

ziemne

i rekultywacyjne w budownictwie komunikacyjnym,

WKiŁ, Warszawa 2010.

Roboty ziemne

–

roboty budowlane polegające na wydobywaniu,

przemieszczaniu i układaniu mas ziemnych.

Do podstawowych robót należą:

-Wykonywanie budowli ziemnych (nasypy drogowe,

wały regulacyjne, wały przeciwpowodziowe i ochronne,

zapory ziemne, ..
-Wykonywanie wykopów w celu posadowienia

fundamentów budowli i obiektów inżynierskich,
-Roboty melioracyjne i przy wykonywaniu kanalizacji,
-Przygotowanie powierzchni terenu pod przyszłą

zabudowę , lotniska, place, …

Ze względu na kształt i rozmiary pasa

terenu wyróżniamy:

-Roboty ziemne liniowe,
-Roboty ziemne powierzchniowe,

Ze względu na położenie robót w stosunku
do powierzchni terenu wyróżniamy:

- Wykopy,
- Nasypy.

Kontrola robót ziemnych

Konieczne jest wykonywanie badań geotechnicznych

przed rozpoczęciem, w trakcie i po zakończeniu robót.

Ważną sprawą jest wykonywanie polowych badań na

miejscu budowy w warunkach in situ, tak aby sprawdzić

niektóre parametry gruntów niezależnie od wyników

badań laboratoryjnych.

Badania polowe

obejmują wykonanie wykopów i

szybików oraz otworów badawczych (wiercenia),

pobieranie próbek gruntu, ustalanie poziomu ZWG,

badania makroskopowe, sondowania (w celu określenia

stanu gruntów) i próbne obciążenia gruntów

Ochrona środowiska podczas wykonywania

robót ziemnych:

Szkody, które mogą wystąpić podczas wykonywania robót

ziemnych:
-niszczenie terenów o walorach przyrodniczych lub

rolniczych,
- niszczenie krajobrazu – rzeźby terenu,

- zakłócenie w przepływie wody gruntowej i obniżenie jej

poziomu,

- zanieczyszczenie zieleni i otoczenia pyłami,

- hałas i spaliny związane z pracami,

- erozja skarp, wykopów i nasypów.

Korpus drogowy powinien:

-Wykazywać wymaganą stateczność i nośność (nie ulegać

trwałym odkształceniom pod wpływem obciążeń od kół

pojazdów, masy konstrukcji nasypu i nawierzchni

drogowej),
-Wykazywać odporność na działanie czynników

atmosferycznych,
-Stanowić trwałe i wytrzymałe podłoże dla nawierzchni

Projektant i wykonawca robót ziemnych powinni :

znać zatem podstawy z zakresu geotechniki

(mechanika gruntów, …) i geologii inżynierskiej

Projektant i wykonawca robót drogowych powinni

uwzględniać:

-Parametry fizyczne, chemiczne oraz mechaniczne

gruntu, tak aby móc ocenić jego przydatność do

zastosowania w budowlach ziemnych),
-Ewentualne procesy fizyczne, biologiczne i chemiczne,

które mogą zachodzić na etapie wykonywania i

użytkowania budowli,
-Metody i zasady związane z mechanizacją robót

ziemnych (wydobycie gruntu, wbudowanie w nasypy, ..)

oraz ich organizacją.

Problemy rozwiązywane w zakresie

drogowych robót ziemnych:

-Ustalenie przebiegu trasy drogowej (w planie

sytuacyjnym i w profilu podłużnym) – zwrócenie uwagi na

takie zagadnienia, jak:

występowanie namułów

organicznych, torfów

, plastycznych glin, gruntów o

naruszonej strukturze, obszarów zalewowych,

podmokłych;

położenie zwierciadła wody gruntowej,

możliwości odprowadzenia wód opadowych

-Dobór materiałów na budowlę ziemną (rodzaj

gruntów, uziarnienie, wilgotność optymalna, zmiany

objętościowe (pęcznienie, skurcz), wskaźnik zagęszczenia

I

s

, …)

-Ustalenie wymaganych

objętości mas ziemnych i ich

rozdział

(należy zwracać uwagę na przydatność

materiału do wykonania budowli ziemnej oraz możliwość

wykorzystania materiałów zastępczych, np. ze składowisk

popiołów, hałd odpadów hutniczych, ..- !!!),

-Odwodnienie powierzchniowe i wgłębne obszaru

wykonywania robót ziemnych

-Ustalenie parametrów projektowych w przypadku

nasypów i wykopów (kąt tarcia wewnętrznego, kąt

stoku naturalnego, spójność (kohezja), wskaźnik

plastyczności, współczynnik filtracji, granica płynności,

odczyn pH, ..)

W projekcie robót ziemnych należy

rozwiązać przede wszystkim takie

zagadnienia, jak:

- warunki odwodnienia,
- urabianie gruntu w złożu,
- transport,
- wbudowanie gruntu w nasypach,
- transport i odkład gruntu z wykopów,

- bilans mas ziemnych,

- metody realizacji poszczególnych rodzajów robót,
- wyniki obliczeń i zestawienie robocizny oraz środków niezbędnych

do realizacji robót,
- harmonogram pracy maszyn,
- plan zagospodarowania i uzbrojenia budowy z podaniem sposobu

odwodnienia

Roboty ziemne powinny być wykonywane na

podstawie takich dokumentów, jak:

-Dokumentacja geotechniczna i ewentualnie geologiczno-

inżynierska,
-Projekt robót ziemnych,
-Wyniki kontrolnych badań gruntu i materiałów

stosowanych w robotach ziemnych,
-Wyniki badań laboratoryjnych i dokonane na ich

podstawie zmiany technologii wykonywania robót

ziemnych,
-Dziennik budowy,
-Protokoły odbioru robót częściowych i końcowych,
-Operaty geodezyjne,
-Książka obmiarów.

Objętość robót ziemnych

Ustalenie objętości nasypów oraz wykopów jest

niezbędne do:
-Prawidłowego zorganizowania robót ziemnych,
-Określenia rodzaju i liczby niezbędnego sprzętu oraz

środków transportowych do przewozu gruntu,
-Ustalenia terminów i kosztów wykonania

zaprojektowanych robót ziemnych

Liniowe roboty ziemne

Tabela robót ziemnych

Wykreślna metoda

rozdziału mas

ziemnych

w robotach liniowych, tzw.

metoda Brücknera

Polega na wykreślnym przedstawieniu objętości wykopów

i nasypów projektowanych robót oraz na wykreślnym

opracowaniu planu przewozów zarówno poprzecznych jak

i podłużnych. W tym celu są opracowywane 2 wykresy:

-Wykres objętości mas,
-Wykres rozdziału mas.

-na poziomej linii odniesienia zaznacza się wszystkie pikiety
przekroju podłużnego dla których są obliczone rzędne terenu,
rzędne niwelety oraz powierzchnie robót ziemnych oraz dodatkowo
tzw. punkty zerowe,

-na osi rzędnych odmierza się wartości powierzchni przekrojów
poprzecznych robót, przy czym:

wykopów – nad linią odniesienia

,

nasypów – pod linią odniesienia

.

- powierzchnia wykresu zawarta pomiędzy linią łamaną a liną
odniesienia przedstawia objętość robót ziemnych pomiędzy
przekrojami,

-w przypadku przekrojów

odcinkowych

(wykop i nasyp w jednym

przekroju) oraz przy nasypach z rowami bocznymi w jednym
przekroju występują roboty różnych znaków

Wykres objętości mas

Wykres rozdziału mas

:

-na poziomej linii odniesienia, na rzędnych w punktach
odpowiadających pikietom przekroju podłużnego, podaje się

wartości algebraicznej sumy objętości robót

ziemnych, liczone od początku przekroju podłużnego aż do danego
punktu

.

-wartości dodatnie tej sumy, przedstawiające nadwyżkę objętości
nasypów, odmierza się nad linią odniesienia, a wartości ujemne
wyrażające nadwyżkę objętości wykopów, odmierza się pod
linią odniesienia.

W przypadku

przekrojów odcinkowych

(wykop i nasyp w

jednym przekroju) oraz przy nasypach z rowami bocznymi w
jednym przekroju występują roboty różnych znaków

Przekrój przejściowy

Wykres rozdziału mas ułatwia

racjonalne

projektowanie przewozów mas ziemnych

w ramach

robót liniowych.

Właściwości wykresu rozdziału mas:

1. Punkt początkowy linii rozdziału mas znajduje się na

linii odniesienia w punkcie początkowym wykresu.

2. Odcinki wznoszące się linii wykresu odpowiadają

partiom nasypowym

, a odcinki opadające -

partiom

wykopowym

3. Stromo wznoszące się lub opadające odcinki linii

wykresu odpowiadają dużym objętościom wykopów lub

nasypów, a odcinki płaskie – małym przyrostom

objętości robót

4. Punkty zwrotne odcinków

wypukłych linii

podziału

mas odpowiadają przekrojom przejściowym z nasypu

do wykopu, a punkty zwrotne odcinków

wklęsłych

tej

linii – przekrojom przejściowym

z wykopu do nasypu

5. Każda rzędna wykresu oznacza

objętość bilansową

robót ziemnych od punktu początkowego profilu

podłużnego do punktu, odpowiadającego danej

rzędnej

. Rzędna nad linią odniesienia oznacza, że

do danego przekroju objętości nasypów

przeważają nad objętościami wykopów, a rzędna

po linią – przewagę wykopów nad nasypami. Wartość

rzędnej jest

wielkością przewagi

.

6. Rzędne zerowe linii rozdziału mas, odpowiadające

punktom przecięcia się tej linii z linią odniesienia wykresu

- wskazują nam pikiety przekroju podłużnego danych

robót ziemnych, w których

objętości wykopów i

nasypów wyrównują się

7. Różnica wartości dwóch dowolnych rzędnych na

odcinku tego samego wykopu lub nasypu oznacza

objętość robót ziemnych między dwoma przekrojami

poprzecznymi, pozostałą po wykonaniu przemieszczeń

poprzecznych mas ziemnych

8.

Każda prosta pozioma

, równoległa do linii

odniesienia, przecinająca wykres rozdziału mas w dwóch

punktach, wyznacza na wykresie

równoważące się

objętości wykopu i nasypu oraz przekroje

poprzeczne

, pomiędzy którymi to równoważenie się

objętości mas ziemnych ma miejsce. Linia odniesienia

wykresu rozdziału mas ziemnych na odcinkach pomiędzy

jego punktami zerowymi może być również traktowana

jako

linia rozdzielcza

, ponieważ tak samo wyznacza

równoważące się objętości robót ziemnych.

9.

Powierzchnia wykresu

, zawarta pomiędzy linia

rozdzielczą a linią wykresu rozdziału mas, przedstawia
wartość, tzw.

momentu przewozu

, tj. iloczynu objętości

przewożonego gruntu i odległości przewozu

M = ∑(m

c

∙ l

c

)

Gdzie:
M – moment przewozu,
m

c

– objętość przewożonego gruntu, m

3

,

l

c

– odległość przewozu, m

Pojęcie

momentu przewozu

charakteryzuje pracę danego środka

transportowego przy przewozie mas ziemnych na odcinku równoważących się
objętości.

Wprowadzenie linii poziomych, np

. ab, a

1

b

1

, a

2

b

2

, …,

dzieli powierzchnię

wykresu na trapezy

aba

1

b

1

o podstawach

ab, a

1

b

1

, ….

i wysokości

m

1

, m

2

,

….

Całą powierzchnię

„amba”

można zapisać jako:

M = m

1

l

1

+m

2

l

2

+ …. + m

n

l

n

= ∑m

c

l

c

= V ∙l,

Gdzie:

M = V∙l

jest całkowitym

momentem przewozu

gruntu z całego

wykopu

am

na nasyp

mb

, przy czym

V

w m

3

oznacza całkowitą objętość

przewozu a

„l”

w metrach – średnią odległość przewozu

Wybór optymalnego pod względem

ekonomicznym

(koszty przewozu)

wymaga znajomości:

-Odległości przewozu,
-Ładowności, mocy i prędkości środka przewozowego oraz

rodzaju i ciężaru objętościowego gruntu,
- Ogólnej objętości gruntu do przewiezienia przy użyciu

danego środka,
- Profilu podłużnego drogi przewozu,
- Kosztów załadunku i wyładunku gruntu,
-Kosztów eksploatacji danego środka transportowego,
-Czasu trwania jednego cyklu (załadunek, transport,

wyładunek, powrót, uboczne straty związane z postojem,

manewrowaniem).

Biorąc pod uwagę:

-Czas trwania jednego cyklu

dla danego środka

transportowego,

-Koszt całkowity jednej godziny

pracy środka

transportowego

K,

[zł/h],

-Koszt transportu 1 m

3

gruntu

na określoną odległość

danym środkiem transportowym, [zł/m

3

]

-Dodatkowe koszty

związane z wykorzystaniem danego

środka,

można przeanalizować koszty jednostkowe

przewozu gruntu dla różnych odległości i za

pomocą różnych środków transportowych i

opracować

wykresy kosztów jednostkowych

przewozu gruntu.

10.

Linie rozdzielcze

na wykresie rozdziału mas

wyodrębniają równoważące się objętości robót

ziemnych, dla przewiezienia których będą zastosowane ze

względów ekonomicznych różne środki transportu, np.

transport samochodowy, zgarniarki lub spycharki.

Ustalając położenie każdej z linii rozdzielczych należy

pamiętać, że

największa odległość przewozu mas

ziemnych za pomocą danego środka transportowego nie

powinna być większa od maksymalnej odległości

przewozu,

dla której zastosowanie danego środka jest

jeszcze ekonomicznie uzasadnione.

Wykreślną metodę rozdziału mas ziemnych

w robotach liniowych

(położenie liniii

rozdzielczych)

stosuje się:

a) W celu ustalenia odcinków, na których roboty ziemne
wyrównują się i będzie zastosowany transport
podłużny,

b) W celu ustalenia odcinków, na których za względu na
znaczne odległości przewozu lub nieprzydatność gruntu z
wykopów do budowy nasypów albo warunki miejscowe,
zastosowanie transportu podłużnego dla
wyrównania mas ziemnych nie będzie miało miejsca
, a znajdzie zastosowanie transport poprzeczny w celu
dowiezienia gruntu z

dokopów

i odwiezienia zbędnego

gruntu

na odkład

.

c) W celu określenia objętości gruntu, które będą
przewiezione przy użyciu

poszczególnych rodzajów

środków transportowych,

d) W celu wprowadzenia

ewentualnych korekt

niwelety

w profilu podłużnym po stwierdzeniu

konieczności np. skrócenia odległości przewozu,
korzystniejszego rozmieszczenia powierzchni
wyrównujących się wykopów i nasypów lub
korzystniejszego bilansu robót ziemnych.

Położenie linii rozdzielczych

na wykresie rozdziału mas

ziemnych należy przyjmować tak, aby:

-Suma momentów przewozu i suma kosztów przewozu
gruntu na projektowanym odcinku była minimalna,

-Grunt wydobyty z wykopu można było w maksymalnym
stopniu wykorzystać na nasypy

W przypadku

uzyskania minimum momentów przewozu

osiąga się zwykle minimum kosztów przewozu

, zwłaszcza

jeżeli dla wszystkich fal wykresu rozdziału mas,
zamkniętych linią rozdzielczą, zastosowano ten sam
środek transportowy, najbardziej ekonomiczny w
granicach przewozu gruntu.

Kryterium

może być sformułowane także w

następujący sposób:

„

Najkorzystniejszym położeniem linii rozdzielczej

,

dającym minimum kosztów przewozu gruntu jest takie położenie,
przy którym

suma jednostkowych kosztów przewozu gruntu dla

cięciw fal górnych wykresu rozdziału mas równa się sumie dla cięciw
fal dolnych wykresu”.

Przykłady określania położenia linii

rozdzielczych