Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорож  
27.05.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорож

Министерство транспортного строительства СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
(СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОСУШЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
И ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
В РАЙОНАХ ИЗБЫТОЧНОГО УВЛАЖНЕНИЯ
И СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ

Одобрены Техническим управлением
Минтрансстроя СССР

Москва - 1974

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСУШЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД В РАЙОНАХ ИЗБЫТОЧНОГО УВЛАЖНЕНИЯ И СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ. М., Союздорнии, 1974.

Приведены современные конструкции и мероприятия, предназначенные для ограничения притока воды в активную зону земляного полотна и слои дорожной одежды. Рекомендованы мероприятия, обеспечивающие своевременное удаление избытка воды из основания. Изложены требования к материалам, применяемым для устройства дренирующих и морозозащитных слоев. Подробно освещены методы технико-экономического обоснования проектных решений.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Среди большого числа факторов, влияющих на работу дорожной одежды и земляного полотна, немаловажное значение имеют мероприятия, призванные предохранить конструкцию от вредного воздействия увлажнения и промерзания в целях достижения оптимальных значений эксплуатационных качеств автомобильных дорог и повышения эффективности капитальных вложений.

Вопросы проектирования и обоснования указанных мероприятий освещены в настоящих "Методических рекомендациях по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов".

В "Методических рекомендациях" приведены наиболее совершенные конструкции, назначение которых, с одной стороны, - предотвращать приток воды в активную зону земляного полотна и слои дорожной одежды, с другой, - своевременно удалять избыток воды, если она все же поступает в основание дорожной одежды в расчетный период. Кроме того, в них изложены требования к материалам, применяемым для устройства дренирующих и стабильных слоев, а также других элементов водозащитных и морозозащитных конструкций. Подробно освещены методы инженерного расчета и технико-экономического обоснования конструкций и мероприятий по осушению и морозозащите. Процесс проектирования и расчета иллюстрирован примерами.

В основу "Методических рекомендаций" положены: результаты экспериментально-теоретических исследований водно-теплового режима дорожных одежд и земляного полотна на дорогах, обслуживаемых постоянными станциями и постами эпизодических наблюдений; материалы обследования дорог, на которых имеются дренажные устройства различных конструкций; материалы, опубликованные в последние годы в СССР и за рубежом; учет опыта применения "Методических указаний по проектированию морозозащитных и дренирующих слоев в основании проезжей части автомобильных дорог".

"Методические рекомендации" разработаны Ленинградским филиалом Союздорнии (М.Б. Корсунский, П.Д. Россовский, В.Н. Гайворонский) совместно с Союздорнии (В.И. Рувинский), МАДИ (Н.А. Пузаков, А.Я. Тулаев, Т.У. Абеков) и Белдорнии (Р.З. Порицкий). Общее редактирование выполнено М.Б. Корсунским.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. "Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов" разработаны для II и III дорожно-климатических зон.

Приводимые ниже рекомендации относятся главным образом к проектированию нового строительства. Но наряду с этим излагаются соответствующие мероприятия и для реконструируемых дорог.

2. Деформационные и прочностные характеристики грунта зависят от его состава, влажности и плотности.

Необходимая степень уплотнения грунта при сооружении земляного полотна регламентируется СНиП II-Д.5-72. Выбор же вида грунта, установление допустимых пределов увлажнения его в процессе эксплуатации дороги и назначение мероприятий, гарантирующих от превышения этих пределов, является основной технико-экономической задачей проектирования земляного полотна.

3. Влажность грунта, особенно в верхней, активной зоне земляного полотна (п. 4), непрерывно изменяется в зависимости от соотношения факторов, формирующих его водный баланс.

Основными источниками увлажнения земляного полотна и материалов дорожной одежды являются: атмосферные осадки, выпадающие на поверхность дороги; вода, застаивающаяся в боковых канавах, резервах и на прилегающей к дороге местности вследствие затрудненного стока; грунтовая вода.

Расходную часть баланса составляют испарение и сток воды с дороги, инфильтрация ее в глубокие слои.

4. Активной зоной считается верхняя часть земляного полотна от низа дорожной одежды до глубины 1,5 м от поверхности покрытия. В этой зоне распространяются значительные напряжения от временных нагрузок, а водно-тепловой режим и состояние грунта наиболее изменчивы.

5. Расчетную величину атмосферных осадков прогнозируют вероятностными методами. Основными статистическими характеристиками в этом случае являются многолетнее среднемесячное количество осадков (норма) и стандартное отклонение или коэффициент вариации.

Порядок прогнозирования расчетного количества осадков с использованием карт указанных характеристик и с учетом требуемой обеспеченности приведен в п. 46.

6. Под грунтовыми водами подразумевают воды, постоянно содержащиеся в горных породах, подстилаемых первым от поверхности земли водоупорным слоем*). Уровень грунтовых вод (УГВ) непрерывно изменяется.

*) Сезонные подземные воды называют верховодкой.

Наиболее неблагоприятно для устойчивости земляного полотна высокое положение УГВ в конце осени, обусловливающее значительное влагонакопление в грунте в процессе его промерзания.

Ввиду изменчивости осеннего УГВ по годам расчетное значение его определяют вероятностными методами, основанными на сочетании данных натурных наблюдений и соответствующих положений теории вероятности (п. 45).

Условия, при которых грунтовые воды практически не влияют на увлажнение грунтов земляного полотна, зависят от вида грунта, расстояния от поверхности покрытия до УГВ и расчетной глубины промерзания.

Чтобы определить безопасное расстояние до осеннего УГВ, к расчетной глубине промерзания добавляют следующие величины: для глин, суглинков тяжелых и тяжелых пылеватых - около 2 м; для легких пылеватых суглинков, супесей пылеватых и тяжелых пылеватых 1,5 м; для супесей легких крупных и пылеватых песков 1 м.

7. Поступление поверхностной воды в земляное полотно наблюдается при длительном ее застое на придорожной полосе осенью и весной. Приток воды в земляное полотно в этом случае зависит от свойств грунта (водопроницаемость, полная влагоемкость, оптимальная влажность, объемный вес скелета грунта), продолжительности стояния воды и расстояния от бровки земляного полотна до уреза застаивающейся у дороги воды lу.

Расчет минимальной безопасной величины lу изложен в пп. 16 - 18.

8. Увлажнение грунта земляного полотна и слоев дорожной одежды может быть уменьшено:

а) устройствами, препятствующими поступлению воды в пористые слои одежды и в подстилающий ее грунт;

б) дренажными конструкциями, обеспечивающими удаление избытка воды из основания проезжей части.

Вид, характер и оптимальное сочетание мероприятий по ограничению поступления воды в конструкцию и отводу избытка воды из-под проезжей части назначают на основании технико-экономического анализа вариантов, составленных применительно к данному типу влажностного режима земляного полотна и дорожной одежды.

9. В районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов наблюдается различный характер изменения влажности земляного полотна в зависимости от водопроницаемости грунта.

В земляном полотне, возведенном из песков и крупных супесей, грунт в его верхней части подвергается значительному, но кратковременному увлажнению в процессе оттаивания за счет воды, скапливающейся на поверхности мерзлого донника.

В земляном же полотне, сооруженном из связных грунтов, увлажнение их происходит преимущественно за счет миграции грунтовых вод, причем решающее значение имеет их предзимний уровень. Просыхает грунт весной значительно медленнее, чем в первом случае.

10. В земляном полотне, возведенном из непылеватых песков и крупных супесей, может быть допущено кратковременное значительное содержание воды. Для ограничения поступления в конструкцию воды сверх допустимого предела предусматривают укрепление обочин сравнительно водонепроницаемыми материалами.

Кроме того, для сокращения весеннего периода просыхания грунтов предусматривают меры по уменьшению глубины промерзания земляного полотна, вводя в конструкцию слои из теплоизоляционных материалов (пп. 24 - 27, 47, 48).

11. Для обеспечения устойчивости земляного полотна, возводимого из связных грунтов, необходимо ограничить поступление в них влаги снизу и предусмотреть мероприятия для быстрейшего отвода из основания проезжей части воды, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов, а также проникающей с поверхности дороги. С этой целью на участках, находящихся в неблагоприятных условиях увлажнения, где можно ожидать полное насыщение водой грунта верхней части земляного полотна*), проектируют специальные мероприятия, ограничивающие миграцию влаги (разд. 2). Для участков, где в неблагоприятный период года влажность грунта может превышать 0,75 Wт, необходимо запроектировать, кроме того, дренирующие слои с водоотводящими устройствами (разд. 3).

*) У супесчаных грунтов это бывает при влажности, равной примерно 0,70 Wт, а у суглинистых - 0,75 Wт (Wт - влажность при границе текучести).

Эффективность каждого мероприятия обосновывают соответствующими технико-экономическими расчетами, учитывая местные климатические условия, характер увлажнения поверхностными и грунтовыми водами, интенсивность и глубину промерзания, свойства грунтов земляного полотна и материалов, используемых для устройства дорожной одежды.

12. Вводимые в земляное полотно и дорожную, одежду устройства, ограничивающие увлажнение, должны:

- сохранять эксплуатационные качества в течение долговременной службы;

- обладать технологичностью, не нарушающей линейный механизированный поток сооружения дороги;

- без повреждения выдерживать нагрузки, возникающие при укладке и уплотнении вышележащих слоев грунта и дорожной одежды, а также при движении автомобилей по дороге;

- противостоять вредному воздействию мороза и возникновению неравномерных зимних деформаций на проезжей части;

- повышать прочность дорожной одежды;

- предохранять грунт под всякого рода трубами от размыва протекающей в них водой;

- не препятствовать содержанию и ремонту дороги и ремонту самих устройств.

13. Для обеспечения прочности и стабильности земляного полотна и дорожной одежды, зависящих в значительной мере от эффективности долговременной работы осушающих устройств, применяемые дренирующие, водоизолирующие и теплоизоляционные материалы, а также трубы должны соответствовать требованиям, изложенным в пп. 25 - 30; 69 - 79.

2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ПРИТОКА ВОДЫ В ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО И ДОРОЖНУЮ ОДЕЖДУ

Защита от поверхностных вод

14. Для уменьшения притока поверхностных вод в основание проезжей части и грунт земляного полотна следует:

а) укреплять обочины и придавать им надлежащий поперечный уклон;

б) устраивать бордюры и лотки у краев проезжей части;

в) обеспечивать необходимые размеры берм и крутизну откосов;

г) правильно размещать боковые канавы.

15. Поперечные уклоны обочин назначают в зависимости от метеорологических особенностей района проложения дороги, типа укрепления обочин, вида грунта земляного полотна, условий стока воды с проезжей части в соответствии с требованиями СНиП II-Д.5-72 и работы /1/.

16. Размер бермы, крутизну откосов и расстояние до боковых канав на участках, где в летний период грунт на местности в верхней толще (до 1,5 м) просыхает до оптимальной влажности и меньше, назначают из условия, чтобы застаивающаяся осенью и весной вблизи дороги вода не проникала в грунт земляного полотна под обочины и проезжую часть. На участках, где летом влажность грунта не снижается до оптимальной, эти меры полностью не предохраняют земляное полотно от поступления воды, что необходимо учитывать при определении количества поступающей в конструкцию поверхностной воды (п. 18).

17. В случае, когда грунт за лето просыхает до оптимальной влажности, величину безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза воды lу (рис. 1) определяют по формуле

,                                                 (1)

где  - эмпирический коэффициент, равный 1,15;

 - удельный вес воды, г/см3;

К - коэффициент фильтрации грунта местности, м/сутки;

 - объемный вес скелета грунта, г/см3;

 - полная влагоемкость грунта, определяемая по пробе, подвергшейся испытанию на фильтрацию, доли единицы (по весу);

 - оптимальная влажность грунта, доли единицы (по весу);

t - продолжительность стояния воды на поверхности земли в осенне-зимне-весенний период, сутки.

Если нет фактических данных о величине t, принимают максимальное ее значение, равное 230 суткам (для II и III дорожно-климатических зон).

Величина lу обычно для супесей составляет 4 - 10 м, для суглинков легких и легких пылеватых - 2 - 3 м, для суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин она не превышает 2 м. Меньшие значения lу относятся к грунтам с большим числом пластичности.

Если расстояние lу окажется больше величины заложения откоса насыпи по типовому поперечному профилю (рис. 1,а), в пределах полосы отвода можно запроектировать более пологие откосы (рис. 1,б) или бермы (рис. 1,в).

18. Для участков, где летом влажность грунта местности не снижается до оптимальной, величину lу определяют также по формуле (1). Однако при этом учитывают некоторый возможный приток воды в дренирующий слой (q, л/м2). На участках без боковых канав этот приток приближенно вычисляют по формуле

,                                                                      (2)

где  и  - среднесуточный приток воды в дренирующий слой в расчетном периоде в условиях соответственно 1-го и 2-го типов увлажнения земляного полотна (табл. 1 приложения 1).

Если же предусмотрено устройство боковых канав на расстоянии lу, то приток воды в дренирующий слой принимают таким, как рекомендуется для 1-го типа увлажнения земляного полотна (табл. 1 приложения 1).

19. При уклоне обочин, укрепленных одерновкой или засевом трав, назначенном в соответствии с п. 15, или при устройстве лотков вдоль краев проезжей части приток воды с поверхности дороги в основание проезжей части определяют по методике /2/.

Рис. 1. Схемы (а, б, в) к расчету безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза застаивающейся вблизи дороги воды

Ограничение миграции влаги из нижних слоев в активную зону земляного полотна

20. Миграция влаги из нижних слоев земляного полотна в его верхнюю часть может быть ограничена:

а) увеличением расстояния от поверхности покрытия до уровня грунтовых вод или до поверхности земли (возведение более высокой насыпи, понижение УГВ);

б) применением для сооружения насыпи, взамен непригодного пылеватого грунта, материалов и грунтов с невысоким капиллярным поднятием (крупнообломочные грунты, щебень, гравий, пески, непылеватые суглинки и супеси);

в) введением в конструкцию одежды дополнительных слоев из стабильных материалов, к которым, кроме традиционных монолитных материалов, относят зернистые (щебень, гравий, ракушка, дресва, песок, металлургические и топливные шлаки и др., а также грунты и крупнообломочные материалы, укрепленные вяжущими);

г) устройством водоизолирующих прослоек из полиэтиленовой пленки или из тонкого слоя грунта, обработанного битумом, гидроизола и других материалов, устойчивых против агрессивного воздействия грунтовых вод;

д) введением в тело земляного полотна капилляропрерывающих прослоек из щебня или гравия;

е) устройством теплоизолирующего слоя (п. 24).

То или иное мероприятие либо их сочетание выбирают на основании технико-экономического анализа вариантов.

21. Слои из стабильных фильтрующих материалов укладывают на всю ширину земляного полотна (рис. 2,а): в этом случае они также дренируют основание проезжей части.

Рис. 2. Стабильный слой из фильтрующих материалов (а) и укрепленного грунта (б):

1 - покрытие; 2 - основание; 3 - укрепительная полоса; 4 - песок; 5 - укрепленная обочина и откос; 6 - укрепленный грунт

Стабильные слои из материалов, укрепленных вяжущими, а также из грунта в замкнутой изоляции можно устраивать на ширину проезжей части. Чтобы уменьшить неравномерность увлажнения и пучения грунта, подстилающего эти слои, их с глубиной уширяют (рис. 2,б).

22. Водоизолирующие и капилляропрерывающие прослойки устраивают в основании земляного полотна, приняв необходимые меры против поступления в них воды со стороны (рис. 3).

Капилляропрерывающий материал защищают сверху и снизу противозаиливающими прослойками из мелкого гравия или крупного песка.

Рис. 3. Водоизолирующие (а) и капилляропрерывающие (б) прослойки:

7 - гидроизол или битумогрунт; 8 - противозаиливающий слой (3 см); 9 - гравий (10 - 15 см). Обозначения 1 - 6 см. рис. 2

23. В ряде случаев (выемки, участки в нулевых отметках, а также участки, где невозможно или нецелесообразно возводить земляное полотно в насыпи необходимой высоты) при склонных к дренированию грунтах, неглубоком залегании грунтовых вод и благоприятном для их сброса рельефе предусматривают меры по понижению УГВ с помощью закрытого трубчатого дренажа.

24. Одним из перспективных мероприятий, уменьшающих зимнее влагонакопление в грунтах и неравномерное пучение, является предотвращение промерзания земляного полотна устройством теплоизолирующих слоев из пенопласта и стиропорбетона.

Теплоизолирующие слои должны быть шире проезжей части дороги примерно на 1 м с каждой стороны (рис. 4). Их устраивают на спрофилированной поверхности земляного полотна или на выравнивающем слое песка. Для предупреждения проникания влаги теплоизолирующие слои должны быть защищены полиэтиленовой пленкой или швы между плитами склеены (клеем № 88, БК-11 и пр.).

Рис. 4. Теплоизолирующий слой из жесткого пенопласта:

1 - покрытие; 2 - основание; 3 - укрепительная полоса; 4 - слой пенопласта; 5 - укрепленные обочина и откос

Сверху для защиты теплоизоляции от механических повреждений (при укладке, например, щебня) предусматривают укладку песчано-гравийной смеси слоем 10 см или песка слоем 5 см.

Новые материалы для теплоизолирующих слоев

25. Наряду с традиционными зернистыми материалами (щебень, незагрязненный гравий, песок, шлак и др.)*) для устройства морозозащитных (теплоизолирующих) слоев в СССР начинают применять новые материалы и, в частности, жесткие пенопласты (см. рис. 4) и бетоны на основе полистирола, и также грунты, укрепленные цементом (цементогрунты).

*) Зернистые материалы, используемые для устройства морозозащитных слоев, должны отвечать требованиям "Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа* ВСН 46-72.

26. Полимерные теплоизоляционные материалы в дорожной конструкции обычно работают при температуре от +30° до -30 °С. В этих условиях они должны отвечать следующим требованиям:

а) существенно не изменять своего объема при замерзании в увлажненном состоянии;

б) их теплофизические свойства, информационные и прочностные характеристики не должны претерпевать значительных изменений в процессе долговременной эксплуатации в условиях многократного промерзания и оттаивания, а также при изменении напряженного состояния от воздействия внешних нагрузок;

в) обладать небольшим коэффициентом теплопроводности (желательно, чтобы l £ 0,05);

г-) быть морозостойкими (иметь коэффициент морозостойкости по потере прочности более 0,85) и трещиностойкими;

д) во избежание возникновения значительных растягивающих напряжений в теплоизоляционном материале величина его модуля упругости не должна существенно превышать значения этого показателя для подстилающего грунта;

е) обладать удобоукладываемостью.

27. Требованиям, приведенным в п. 26, удовлетворяют выпускаемые промышленностью СССР жесткие пенопласты (табл. 1).

Для дорожного строительства наиболее целесообразно применять пенопласт ПСБ-С (ВТУ 50-67), выпускаемый Мытищинским комбинатом стройпластмасс.

28. Цементогрунт, используемый для устройства морозозащитных слоев, должен отвечать следующим требованиям: предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии через 28 суток после изготовления образцов должен быть не менее 10 кгс/см2, коэффициент уплотнения - не меньше 0,98, а расчетный модуль упругости - не ниже 1300 - 2000 кгс/см2*) /3/.

*) Большее значение модуля упругости - при содержании цемента выше 5 % (по весу).

Таблица 1

Физико-механические свойства пенопластов

Наименование свойств

Показатели свойств пенопластов

ПС-1

ПС-4

ПСБ-С

ПВХ-1

ПВХ-2

Объемный вес, кг/м3

100

60

100

70 - 100

100 - 130

Коэффициент теплопроводности, ккал /м×ч×град.

0,033

0,034

0,033

0,022

0,037

Предел прочности при изгибе, кгс/см2

40

15

6

15 - 28

20 - 40

Модуль упругости, кгс/см2

550

335

-

800

800

Коэффициент морозостойкости после 25 циклов

0,86

0,86

-

0,97

0,85

Рабочая температура, °С

 

+60 - -60

 

 

29. Приведенные в п. 28 требования удовлетворяются при введении в пучинистый грунт сравнительно малой дозы портландцемента марки "400".

Может быть также использован портландцемент марки "200", тогда рекомендуемое количество добавок увеличивается примерно в 1,3 раза /3/.

30. При устройстве морозозащитного слоя грунт, укрепляемый цементом, должен иметь оптимальную влажность.

Если влажность грунта превышает оптимальную (но не более, чем в 1,4 раза), то его осушают негашеной известью, количество которой зависит от вида грунта, степени пучинистости его и колеблется в пределах от 1 до 3 - 5 % (по весу). Хороший эффект при осушении переувлажненных грунтов дает применение цементов с повышенным содержанием CaO /3/.

Инженерный расчет мероприятий по ограничению миграции влаги в земляном полотне снизу вверх

31. Не требуется специальных мер по защите конструкций от вредного влияния воды:

- в районах с малой глубиной промерзания при глубоком залегании грунтовых вод;

- при земляном полотне, сложенном на всю глубину промерзания непучинистыми водопроницаемыми грунтами (песками, супесями легкими и крупными и т.п.);

- в случаях, когда толщина дорожной одежды, необходимая по условиям прочности, превышает 2/3 глубины промерзания.

32. При проектировании конструкций и мероприятий для дорог, находящихся в неблагоприятных грунтовогидрологических условиях в районах сезонного промерзания, выделяют типичные участки по погодно-климатическим особенностям (для дорог большого протяжения), по грунтовогидрогеологическим и гидрологическим условиям, типу покрытия и виду укрепления обочин, поперечному профилю земляного полотна (насыпь, выемка), характеру продольного профиля дороги, обеспеченности строительства местными материалами.

На каждом участке выбирают расчетное сечение, характерное для данных условий. Расчеты, сделанные для этого сечения, распространяют на весь участок (или ряд типичных участков).

33. Для каждого типичного участка прежде всего, в соответствии с рекомендациями пп. 20 - 30, намечают мероприятия по ограничению увлажнения активной зоны земляного полотна.

Если одними этими мероприятиями технически невозможно или экономически нецелесообразно обеспечить влажность до 0,75 Wт для суглинистого грунта и 0,7 Wт для супесчаного, рассматривают их совместно с вариантами дренажных конструкций для отвода избытка воды из основания проезжей части. Критерием допустимого увлажнения активной зоны земляного полотна в данных условиях является расчетная влажность грунта (п. 34).

34. Влажность грунта земляного полотна зависит от погодно-климатических и гидрологических условий местности, а также от конструктивных особенностей участка (от вида грунта и высоты насыпи, общей толщины дорожной одежды, теплофизических свойств конструктивных слоев и др.).

Вероятная максимальная влажность грунта Wmax земляного полотна в данных условиях не должна превышать расчетной влажности.

Под вероятной максимальной влажностью грунта Wmax подразумевается максимальная величина средней влажности грунта в пределах активной зоны земляного полотна (п. 4), наблюдающаяся в наиболее неблагоприятный период года (время, в течение которого грунт активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы один раз за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды.

35. Величину Wmax с учетом закона случайных независимых отклонений различного происхождения определяют по формуле*)

,                              (3)

где  - средняя многолетняя из ежегодных максимальных величин средней, в пределах активной зоны, влажности, в долях от предела текучести (Wт);

 - среднее многолетнее количество осадков за период осеннего влагонакопления (п. 46), мм;

 - среднее многолетнее значение расстояния до осеннего УГВ, считая от поверхности покрытия (п. 45), см;

 - среднемноголетнее значение максимальной глубины промерзания, считая от поверхности покрытия (п. 43), см;

 - среднемноголетний период промерзания грунтов земляного полотна (п. 44), сутки;

S1, S2, S3, S4 - среднеквадратические отклонения соответственно от , , ,  (пп. 43 - 46);

t - нормированное отклонение от  при требуемой вероятности Wmax принимают по таблицам одностороннего критерия оценки /4/: t = 1,64 при прогнозировании с вероятностью Р = 0,95 (повторяемость один раз в 20 лет), t = 1,28 при Р = 0,90 (один раз в 10 лет) и t = 0,67 при Р = 0,80 (один раз в 5 лет).

*) Формула (3) применима для определения величины Wmax на участках дорог, находящихся в районах сезонного промерзания грунтов в неблагоприятных грунтовогидрологических условиях (3-й тип местности по степени увлажнения). Для условий 1-го и 2-го типов местности ориентировочное значение Wmax может быть принято по ВСН 46-72.

36. Впредь до накопления многолетних фактических данных о влажности грунта в различных природных условиях при разных конструкциях дорожной одежды и земляного полотна среднюю многолетнюю влажность  можно получить расчетом, учитывающим средние многолетние натурные значения основных параметров, определяющих миграцию влаги.

В районах сезонного промерзания грунтов наиболее существенное влагонакопление, в пределах активной зоны, обычно происходит в осенне-зимний период, вследствие чего

,                                                                   (4)

где  - среднемноголетняя осенняя влажность грунта в пределах активной зоны (п. 37), в долях от Wт;

 - среднемноголетний прирост влажности за счет зимнего влагонакопления (п. 38), в долях от Wт.

37. Среднемноголетняя осенняя влажность  может быть определена по следующей корреляционной зависимости, хорошо согласующейся с данными непосредственных измерений влажности грунта земляного полотна наиболее распространенных конструкций:

,                                                          (5)

где W0 - начальная влажность (до периода осеннего влагонакопления), близкая к оптимальной, определяемой по методу стандартного уплотнения, в долях от Wт;

с - коэффициент, учитывающий сток с поверхности дороги с усовершенствованным покрытием и испарение; при супесчаных обочинах с = 0,4¸0,5, при суглинистых с = 0,6¸0,7, при укрепленных обочинах с = 0,8¸0,9;

m - показатель, зависящий от водопроницаемости грунта и УГВ; для непылеватых супесей m = 0,003¸0,004 мм-1, для других связных грунтов m = 0,004¸0,006 мм-1; большие значения их принимают при  £ 1,25 м.

38. Среднемноголетний прирост влажности за счет зимнего влагонакопления  на участках с неглубоким залеганием грунтовых вод в районах сезонного промерзания грунта определяют по формуле

,                                                      (6)

где  - среднемноголетний объем накопленной за зиму влаги в столбике грунта сечением  = 1 см2, определяемый по равенству (7), см3;

 - объемный вес скелета талого грунта, г/см3;

D - объемный вес воды, г/см3;

 - общая толщина слоев стабильных материалов (п. 41), эквивалентная по теплопроводности щебню, см.

Остальные обозначения приведены в п. 35.

39. Объем влаги, накопленной за зиму, вычисляют, используя зависимость

,    (7)

где В - комплексная характеристика, учитывающая свойства грунта земляного полотна, влияющие на влагонакопление, см2/сутки (п. 40);

1,09 - коэффициент расширения воды при замерзании;

 - показатель, учитывающий особенности климатических условий, характеризующий, в частности, режим и интенсивность промерзания (п. 44)*), см2/сутки;

*) Карты изолиний климатического показателя  имеются в работах /5, 6/.

; .

Остальные обозначения приведены в пп. 35 и 38.

С целью облегчить расчет величины  для формул (6) и (7) составлена номограмма (рис. 5).

Величину  определяют следующим образом. От точки, соответствующей на правой горизонтальной оси значению  проводят вертикальную линию до пересечения с кривой для имеющегося отношения . От этой точки ведут горизонтальную линию в левую часть номограммы до пересечения с прямой, соответствующей данному отношению

.

Рис. 5. Номограмма для определения прироста влажности грунта за счет зимнего влагонакопления и расчета дорожной конструкции на морозоустойчивость:

1 - слой из стабильных материалов; 2 - грунт земляного полотна

Проектируя эту точку на левую горизонтальную ось, получают значение . Добавив к нему  находят величину  (п. 36).

Из формул (5) - (7) и номограммы рис. 5 следует, что с изменением параметров конструкции (Н, Z1, B и др.) меняется влажность грунта земляного полотна и, в свою очередь, деформационные и прочностные характеристики грунта (Е, С, g). Разные значения этих характеристик вызывают необходимость сооружать одежду разной толщины для обеспечения требуемой прочности дорожной конструкции. Чтобы создать наиболее экономичную дорожную конструкцию с учетом характеристик водно-теплового режима земляного полотна, необходимо разработать варианты равнопрочных конструкций, варьируя вид грунта, высоту насыпи, а также конструкцию дорожной одежды. В результате технико-экономического сравнения вариантов выбирают наиболее целесообразную в данных условиях конструкцию, при которой влажность грунта земляного полотна будет равна расчетной.

40. Комплексная характеристика В зависит от влагопроводимости грунта, полной его влагоемкости при требуемой плотности (за вычетом объема защемленного воздуха), а также от капиллярной влагоемкости.

Величина характеристики В может быть определена на основании данных испытаний грунта на морозоустойчивость /5/ по следующей формуле:

,                                                                        (8)

где Кпуч - коэффициент пучения грунта, определяемый по данным испытания грунта на морозоустойчивость /5/;

 - показатель климатических условий, см2/сутки.

В случае невозможности экспериментально определить коэффициент Кпуч, расчетное значение комплексной характеристики грунтов В принимают, руководствуясь табл. 2.

Таблица 2

Характеристика свойств грунтов

Грунты

Расчетная величина показателя В, см2/сутки

Степень пучинистости в условиях 3-го типа местности по характеру увлажнения

Пески мелкие (непылеватые), содержащие более 5 % частиц мельче 0,05 мм, супеси легкие крупные

1,5 - 2,0

Слабопучинистые

Глины, суглинки легкие и тяжелые (непылеватые), супеси легкие

3,0 - 3,5

Пучинистые

Супеси пылеватые, суглинки тяжелые пылеватые, пески пылеватые

4,0 - 4,5

Сильнопучинистые

Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие пылеватые

5,0

Очень сильнопучинистые

Примечание. Значения показателя В получены расчетным путем на основании фактических данных о величине пучения дорожных одежд на эксплуатируемых дорогах при известных значениях Z, Z1, H, a0.

41. Эквивалентную толщину (по отношению к щебню) слоев стабильных материалов Z1 с учетом их теплотехнических свойств определяют по следующей формуле:

,                                             (9)

где h1, h2, h3 - толщина конструктивных слоев из стабильных материалов, м;

, , ,  - коэффициенты теплопроводности уплотненного щебня и материалов других конструктивных слоев (табл. 3), ккал/м×ч×град.

42. Точность расчета зимнего прироста влаги в грунте в значительной мере зависит от достоверности данных о глубине промерзания. Наиболее целесообразно учитывать в расчетах данные систематических натурных наблюдений за промерзанием эксплуатируемых дорог в районе проектирования.

При отсутствии фактических данных глубину промерзания дорожной одежды и земляного полотна определяют приводимым ниже вероятностным расчетом.

Расчет этот основан на результатах многолетних натурных наблюдений за ходом промерзания эксплуатируемых дорог. Полученная корреляционная зависимость связывает глубину промерзания со степенью холодности зимы, характеризуемой суммой среднесуточных температур воздуха ниже 0 °С. Расчетом также учитываются географическая неравномерность естественных условий нагревания земляного полотна, характеризуемых суммой положительных температур воздуха в теплый период года, положение уровня грунтовых вод перед началом промерзания и теплотехнические свойства дорожной одежды.

43. Расчетно-вероятностную глубину промерзания с учетом указанных предпосылок определяют по формуле:

,             (10)

Таблица 3

Коэффициент теплопроводности и отношение lщ/li для разных стабильных материалов

Материалы

Коэффициент теплопроводности li, ккал/м×ч×град.

Отношение

Асфальтобетон

0,9

2,0

Асфальтобетон с заполнителем из гранулированного шлака

0,4 - 0,5

4,5 - 3,6

Щебень, обработанный битумом

0,9

2,0

Шлак, обработанный битумом

0,4 - 0,8

4,5 - 2,25

Керамзит, обработанный битумом

0,5

3,6

Песок, обработанный битумом

0,55

3,3

Цементобетон

1,3 - 1,8

1,4 - 1,0

Стиропорбетон

0,3 - 0,5

9,0 - 3,6

Шлакобетон

0,45 - 0,6

4,0 - 3,0

Обломочные материалы, укрепленные цементом

0,5

3,6

Цементогрунт

1,3

1,4

Щебень из гранита

1,8 - 2,0

1,0 - 0,9

Щебень из известняка

1,2 - 1,4

1,5 - 1,3

Гравий в основании

1,6

1,1

Песок



Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: