При сезонному промерзанні і відтаванні на дорожньому одязі при певних умовах можуть спостерігатися безодні, які представляють собою деформації і руйнування в вигляді горбів і сітки тріщин. Вони виникають в результаті здимання (пучінообразованія), неоднорідних по площі проїзної частини взбугріваній дорожнього одягу, що утворюються при одночасному поєднанні наступних трeх факторів:
інтенсивного морозного влагонакопления, при якому максимальна відносна вологість грунту у верхній частині земляного полотна WМАХ ³0,75WТ;
промерзання грунту під дорожнім одягом на глибину hпр ³ 0,5 м;
наявністю дрібних пилуватих пісків і супісків, пилуватих суглинків та інших здимаються.
Розмір деформації обдимання залежить головним чином від вологості грунту, глибини промерзання, тривалості холодного періоду, швидкості промерзання грунту, міцності дорожнього одягу. Нерівномірний морозне здимання може досягати 80-100 мм, що істотно знижує швидкість руху автомобілів.
Расчeтние значення кута внутрішнього тертя і зчеплення піщаних грунтів і пісків конструктивних слоeв в залежності від расчeтного числа додатки расчeтной навантаження
Зчеплення, МПа і кут внутрішнього тертя при сумарній кількості додатків навантаження ()
Примітки: 1. Значення характеристик дані для умов повного заповнення пір водою. 2. У чисельнику - кут внутрішнього тертя в градусах, в знаменнику - зчеплення в МПа. 3. При> A · 10 6 расчeтние значення j і С слід приймати по графі «10 6».
Фізична сутність пучінообразованія полягає в накопиченні, перерозподілі, замерзанні і відтаванні води в порах грунту внаслідок сезонних змін водно-теплового режиму земляного полотна та дорожнього одягу. У дисперсних грунтах, що представляють собою капілярно-пористі тіла, відбувається безперервний тепломассообмен. Зі зниженням температури вільно зв'язана вода замерзає при 0, плівкова і Рихлосвязанная - при -3 О С, міцно пов'язана і в капілярах вода замерзає при більш низькій температурі (-10. -30 О С). При промерзанні грунту виникає температурний градієнт. Незамeрзшая частина рідкої фази переміщається з тeплих слоeв грунту до холодних, тобто знизу вгору. Процес міграції води протікає в зоні ізотерм 0. -5 Про С. При наявності температурного градієнта відбувається термодифузія пара від теплих слоeв грунту до холодних. Водяна пара, охолоджуючись, конденсується, збільшуючи товщину плeнкі води на частинках грунту і на кристалах льоду, і замерзає. Подальше влагонакопленія і льодоутворення відбувається за счeт термодифузії водяної пари. У зоні льодоутворення спочатку виникають кристали, а потім лінзи льоду.
Льодоутворення супроводжується збільшенням об'eма на 9% і значним тиском в земляному полотні, що і викликає підняття в тому числі нерівномірний дорожнього одягу. В цьому і полягає процес пучінообразованія. Навесні грунт відтає в першу чергу під дорожнім одягом. У цей момент лід переходить в рідку фазу, яка під дією власної ваги мігрує вниз і затримується на мeрзлом практично водонепроникному грунті. Над мeрзлой поверхнею (буркуном) грунт перезволожуються. Дорожній одяг втрачає міцність і під дією навантажень від транспорту руйнується, еe матеріал перемішується з розрідженим грунтом, виникають безодні.
У районах сезонного промерзання грунтів земляного полотна при несприятливих грунтових і гідрологічних умов поряд з необхідною міцністю і стійкістю повинна бути забезпечена достатня морозостійкість дорожніх одягів.
З цією метою застосовують різні спеціальні заходи:
використання непучинистих або слабоздимистих грунтів (табл. 4.22, 4.23) для спорудження верхньої частини земляного полотна, що знаходиться в зоні промерзання;
осушення робочого шару земляного полотна, в тому числі пристрій дренажу для збільшення відстані від низу дорожнього одягу до рівня підземних вод; пристрій гідроізолюючих або капіляророзривних прошарків для переходу від 2-й або 3-й схеми зволоження робочого шару земляного полотна до 1-й схемі;
Класифікація грунтів за ступенем сдимистості при замерзанні (СНиП 2.05.02-85, дод. 2 табл. 6)
Групи ґрунтів по пучіністоcті
Примітка. У східних районах II-III дорожньо-кліматичних зон значення слід збільшувати на 20-40% (великі значення для облегчeнних і перехідних дорожніх одягів).
Расчeт на морозостійкість необхідно виконувати для характерних ділянок або груп характерних ділянок дороги, подібних за грунтово-гідрологічними умовами, які мають одну і ту ж конструкцію дорожнього одягу і схему зволоження робочого шару земляного полотна.
При попередній перевірці на морозостійкість величину можливого морозного пученія слід визначати за формулою:
- величина морозного пученія при осреднeнних умовах, що визначається за рис. 4.19 в залежності від товщини дорожнього одягу (включаючи додаткові шари основи), групи грунту за ступенем сдимистості (табл. 4.23) і глибини промерзання (ZПР);
КУГВ - коефіцієнт, що враховує вплив расчeтной глибини залягання рівня грунтових або тривалий час стоять поверхневих вод (рис. 4.20); при відсутності впливу грунтових або тривалий час стоять поверхневих вод слід приймати: для супеси важкої і пилуватого і суглинку КУГВ = 0,53; для піску і супіски легкої і великої КУГВ = 0,43;
КПЛ. - коефіцієнт, що залежить від ступеня ущільнення грунту робочого шару (табл. 4.25);
КДР - коефіцієнт, що враховує вплив гранулометричного складу грунту основи насипу або виїмки (табл. 4.26);
КНАГР - коефіцієнт, що враховує вплив навантаження від власної ваги вищерозміщених конструкції на грунт в промерзають шарі і залежить від глибини промерзання (рис. 4.21);
КВЛ - коефіцієнт, що залежить від расчeтной вологості грунту (табл. 4.27).
Мал. 4.19. Графіки для визначення осреднeнной величини морозного пученія:
криві II-V вибирають відповідно до табл. 4.23, криву IIа вибирають при 2-й і 3-й схемі зволоження робочого шару, криву IIб - при 1-й схемі зволоження
Мал. 4.20. Залежність коефіцієнта КУГВ від відстані від низу дорожнього одягу до расчeтного УГВ або УПВ:
1 - супісок тяжeлой і тяжeлой пилуватих, суглинок; 2 - пісок, супісок лeгкая і лeгкая велика
Коефіцієнт ущільнення, куплю
Якщо дані натурних спостережень відсутні, глибину промерзання дорожньої конструкції допускається визначати за формулою
ZПР (СР) - середня глибина промерзання для даного району, що встановлюється за допомогою карт ізоліній (рис. 4.22).
Мал. 4.22. Карта ізоліній глибини промерзання ZПР (СР) грунтів на території СНД:
1 - межа суцільного поширення вечномeрзлих грунтів;
2 - те ж, острівної; 3 - кордони країн СНД
При глибині промерзання дорожньої конструкції ZПР до 2 м встановлюють за графіками рис. 4.19. При ZПР від 2,0 до 3,0 м обчислюють за формулою:
- величина морозного пученія при ZПР = 2,0 м;
а = 1,0; b = 0,16; c = 2,0 при 2,0 a = 1,08; b = 0,08; з = 2,5 при 2,5 Якщо при расчeтном терміні служби до 10 років отримана величина можливого обдимання буде перевищувати необхідну (див. Табл. 4.24), а при терміні служби більше 10 років буде перевищувати 80% від необхідної, необхідно розглянути варіант пристрою морозозахисного шару. У цьому випадку попередньо визначають орієнтовно необхідну товщину морозотривкої конструкції дорожнього одягу, використовуючи графіки рис. 4.19. Для цього, знаючи допустиму величину морозного здимання. розраховують середню величину морозного здимання за формулою: Потім за графіком рис. 4.19 відповідно до групи грунту за ступенем сдимистості визначають hОД. Уточнeнний расчeт товщини морозозахисного шару (hМЗ) виконують по термічному опору конструкцій. Для цього необхідно мати такі вихідні дані: географічне розташування даної ділянки дороги; конструкцію дорожнього одягу (найменування і товщина шарів), необхідну за умовами міцності і дренування; схему зволоження робочого шару земляного полотна (1, 2 або 3) і расчeтную глибину залягання підземних вод від поверхні покриття; найменування грунтів земляного полотна; расчeтний термін служби дорожнього одягу. Основні напрямки та заходи боротьби з безоднями полягають у тому, щоб максимально прискорити відтавання і просихання в першу чергу бічних частин земляного полотна, оберегти покриття від руйнування, а там, де цих заходів недостатньо, перебудувати пучіністие ділянки з використанням прошарків з рулонних геосинтетичних матеріалів. Однією з важливих заходів, що запобігають безодні або послаблюють їх вплив на дорогу, є прокопування осушувальних воронок за допомогою машини з робочим органом роторного типу, змонтованої на колeсном тракторі. Воронки риють по обидва боки в шаховому порядку на відстані 3-4 м одна від одної. Вони мають ширину 0,2-0,3 м, а глибина дорівнює товщині дорожнього одягу, включаючи піщаний підстильний шар. Дну їх надається поздовжній ухил 40-50%. Воронки сприяють якнайшвидшому відтавання земляного полотна та відведення води, що утворюється. Для запобігання покриття від руйнування на пучинистом ділянці влаштовують додатковий шар ( «подушку») з котельного шлаку, несмeрзшегося сухого піску або гравійно-піщаної суміші товщиною 10-15 см. На «подушку» укладають дерев'яні щити або тимчасове колійності покриття. На окремих ділянках, де дорожній одяг має малу міцністю, рух переносять на об'їзд або обмежують швидкість руху і грузопод'eмность автомобілів. Боротьбу з безоднями припиняють, коли грунт земляного полотна повністю розмерзнеться і просохне.Схожі статті