Материал: 2384

увлажнены за счет капиллярного водонасыщения и перераспределения влаги в виде водяного пара [34].

В ВТР выделяют 4 периода, которые характерны для всех дорож- но-климатических зон.

Первый период (осень, до начала промерзания земляного полотна) – происходит охлаждение одежды и земляного полотна, интенсивное увлажнение атмосферными осадками, поднятие уровня грунтовых вод, снижение плотности грунта и прочности одежды. Влажность может достигать 0,7 Wт. В отдельные годы наблюдается резкое снижение температуры (температурные удары), которое приводит к быстрому сокращению линейных размеров. В результате чего образуются поперечные трещины на покрытии.

Второй период (период промерзания) характеризуется дальнейшим охлаждением слоев дорожной одежды и грунта земляного полотна. Этот период начинается с момента промерзания грунта земляного полотна. При скорости промерзания менее 2,5 см/сут происходит интенсивное влагонакопление и льдообразование за счет миграции влаги из нижележащих слоев земляного полона.

При быстром промерзании (скорость больше 4 см/сут) вода из нижележащих слоев не успевает поступать и влажность грунта может быть меньше. Глубина промерзания достигает максимума. Вследствие замерзания воды в порах грунта образуются линзы и прослойки льда. При водопроницаемом покрытии в зимнее время из песчаного подстилающего слоя влага может вымерзать.

Влажность грунта увеличивается до уровня 0,7 – 0,8 Wт. Интенсивное влагонакопление и промерзание иногда может привести к образованию пучин.

К концу зимнего периода пучины достигают максимальных размеров. Глубина промерзания грунта достигает максимального значения. Прочность грунта очень высокая.

Третий период – период весеннего оттаивания. Этот период иногда называют периодом весеннего насыщения. Он начинается с момента оттаивания грунта земляного полотна. В это время прочность дорожной одежды может быть самой низкой и возможно ее разруше-

ние. Этот период называют расчетным по прочности дорожной одежды, и на этот период принимаются все расчетные характеристики грунта земляного полотна и слоев дорожной одежды.

Образовавшийся в линзах и прослойках лёд в верхней части земляного полотна оттаивает и поры грунта заполняются водой, которая

101

скапливается над еще не оттаявшими слоями земляного полотна (образуется донник). Влажность грунта максимальная (0,85 – 1,0 Wт). Плотность грунта минимальная.

Под воздействием автомобилей часть воды отжимается в дренирующий слой, часть – в обочины и нижележащие слои по мере их оттаивания. При медленном оттаивании (скорость менее 4 см/сут) часть воды успевает отжиматься и испаряться. При быстром оттаивании (скорость более 7 см/сут) происходит интенсивное накопление влаги.

В этот расчетный период прочность одежды минимальная. Период наиболее неблагоприятного расчетного состояния грунта соответствует критической глубине оттаивания. Эта критическая глубина для дорог I и II технических категорий составляет 50 см, для III и IV – 70 см при скорости оттаивания грунта 2 – 5 см/сут. В этот период наблюдается образование просадок дорожных одежд.

Четвертый период – летний период. После полного оттаивания грунта происходит его просыхание, повышаются прочность грунта земляного полотна (сцепление и угол внутреннего трения), модуль упругости грунта, прочность дорожной одежды. Влажность грунта снижается до 0,5 Wт.

8.3.Влияниетеплофизических характеристикдорожной конструкциинаводно-тепловойрежим(ВТР)дорог

На ВТР существенное влияние оказывают теплофизические свойства дорожной одежды Rо и грунта земляного полотна Rг.

С возрастанием теплового сопротивления одежды Rо (величина, обратная теплопроводности дорожной одежды) поток влаги к основанию снижается, уменьшается глубина промерзания и вероятность образования пучин в земляном полотне, ВТР улучшается. В зависимости от соотношения величины Rо и Rг возможна как вертикальная, так и горизонтальная миграции влаги.

Могут быть три случая формирования перемещения влаги в дорожной одежде и рабочем слое земляного полотна (рис. 8.2):

1) тепловое сопротивление грунта земляного полотна (обочин) больше теплового сопротивления дорожной одежды: Rг > Rо. Слои одежды устроены из материалов с большой теплопроводностью. Глубина промерзания по оси дороге больше, чем под обочинами. В зимнее время наблюдается не только вертикальная миграция влаги, но и

102

горизонтальная. ВТР земляного полотна ухудшается. Этот режим характерен для существующих конструкций дорожных одежд;

Рис. 8.2. Схема расположения нулевой изотермы в земляном полотне

ипод дорожной одеждой

2)Rо = Rг. Тепловое сопротивление грунта обочин и дорожной одежды одинаковое. В этом случае возникает преимущественно вертикальный перепад температур и миграция влаги также только вертикальная. Увлажнение грунта под дорожной одеждой меньше, чем в предыдущем случае;

3)Rо > Rг. Наиболее благоприятный режим. Влага в холодный период мигрирует не только вертикально, но и горизонтально – от оси дороги в сторону обочин. Влажность грунта рабочего слоя под дорожной одеждой понижается и прочность грунта повышается, что может приводить к снижению толщины дорожной одежды и стоимости строительства дороги.

8.4.Пучинынаавтомобильныхдорогах

Пучины – деформации и разрушение дорожной одежды в виде бугров и сетки трещин. Пучение (пучинообразование) – неоднородные по площади покрытия взбугривания дорожной одежды, обусловленные одновременным проявлением 3-х факторов:

-интенсивным морозным влагонакоплением за счет наличия мощного источника увлажнения (близкое залегание грунтовых вод, когда высота поднятия воды по капиллярам грунта рабочего слоя больше расстояния до уровня грунтовых вод);

-наличием тонкодисперсных грунтов (пылеватых, склонных к большому пучению, за счет подъема воды по капиллярам на большую высоту и попадания воды в рабочий слой);

-глубоким и медленным промерзанием (скорость промерзания менее 4 см/сут).

При отсутствии хотя бы одного фактора пучины не образуются. На пучинистых участках в отдельные годы могут наблюдаться

взбугривания до 20 – 80 мм. Вода при замерзании увеличивается в

103

объеме на 9 %. Возникающие центры замерзания грунта за счет увеличения объема льда при замерзании создают дополнительные капилляры. Эти новые капилляры вызывают дополнительное притягивание незамерзшей воды и переход её в лед. Происходит рост пучины, увеличиваются бугры пучения. Рост пучин заканчивается, когда глубина промерзания достигает максимального значения.

Весной происходит оттаивание дорожной одежды и верхних слоев грунта земляного полотна, содержащих ледяные линзы. Образуется вода. Перемещение воды возможно только вверх и в стороны – снизу находится замерзший грунт. В этот период под воздействием автомобилей возникают просадки земляного полотна и покрытия. На таких участках покрытие имеет сетку трещин – разделено на отдельные блоки. Вода может выдавливаться на покрытие, образуя влажные пятна. После просыхания грунта под дорожной одеждой пучины «закрываются».

В процессе пучинообразования происходит равномерное и неравномерное поднятие дорожной одежды за счет замерзания воды. Наиболее опасно неравномерное пучение.

8.5.Дорожно-климатическоерайонированиеРоссии

Разнообразные климатические и гидрологические условия обширной территории страны не позволяют проектировать земляное полотно и дорожную одежду во всех климатическим зонах по единым правилам. В основу разделения на дорожно-климатические зоны положено деление территорий по климату, гидрологическим и геоморфологическим характеристикам. Критерием деления на зоны является соотношение между количеством выпадающих осадков и объемом испарения с поверхности.

Зоны дорожного районирования примерно соответствуют границам почвенных и ландшафтно-географических зон. Деление на зоны позволяет применять в каждой конкретной зоне свои решения по конструкциям земляного полотна, водоотводным сооружениям и конструкциям дорожных одежд, условиям строительства и эксплуатации дорог, по применяемым дорожно-строительным материалам, технологии строительства и методам организации строительства.

По дорожно-климатическому районированию на территории России выделяют 5 зон (рис. 8.3).

104

1 – зона распространения многолетнемерзлых грунтов (вечной мерзлоты); расположена севернее линии Нивский – Сосновка – Новый Бор – Щельябож – Сыня – Суеватпуль – Белоярский – Ларьяк– Усть–Озерное – Ярцево – Канск – Выезжий Лог – Усть–Золотая – Сарыч – Сеп – Новоселово – Артыбаш – Иню – государственная граница – Симоново – Биробиджан – Болонь – Многовершиный. Включает зоны тундры, лесотундры и северо-восточную часть лесной зоны с распространением вечномерзлых грунтов.

Характеризуется зона:

переувлажнением верхних слоев грунта;

просачиванию воды вглубь препятствует расположенный вблизи от поверхности грунта мерзлый грунт;

испарение незначительное в связи с кратковременным теплым периодом.

Глубина залегания вечномерзлых грунтов зависит:

от растительного покрова;

рельефа местности;

экспозиции склонов по отношению к сторонам света.

В этой зоне выделяется 3 подзоны по температуре вечномерзлых грунтов и влажности сезоннооттаивающего слоя (деятельного слоя).

II – зона избыточного увлажнения. От границы зоны I до линии Тула – Нижний Новгород – Ижевск – Томск – Канск. На Дальнем Востоке от границы зоны I до государственной границы. Включает зону лесов с избыточным увлажнением грунтов.

Характеризуется зона:

избыточным увлажнением грунта из-за значительного количества выпадающих осадков;

малой испаряемостью;близким расположением грунтовых вод.

В этой зоне выделяют северную и южную подзоны, отличающиеся влажностью грунта земляного полотна в период весеннего протаивания грунтов.

III – зона значительного увлажнения в отдельные годы. От южной границы зоны II до линии Белгород – Самара – Магнитогорск

– Омск – Бийск – Туран. Включает лесостепную зону со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы.

105