Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

подверженных пучению (морозоустойчивых) материалов (песка, гравия, щебня, шлака) или проложен теплоизоляционный слой. Этот слой должен как бы заменить часть промерзающего грунта, дающую избыточную высоту пучения.

Ее толщина определится из условия

Поскольку материалы дорожной одежды и морозозащитных слоев отличаются по теплопроводности от грунта земляного полот­ на, для определения необходимой толщины морозозащитного слоя следует найти ее значение, эквивалентное избыточной толщине про­ мерзающего слоя в отношении распространения тепла.

Если не учитывать скрытую теплоту замерзания грунтовой во­ ды, то по формуле толщин, эквивалентных по теплопередаче слоев двух разных материалов [см. ч. 2, формула (28.14)]

Ai =

где X], Яг— коэффициенты теплопроводности материалов дорожной одежды н земляного полотна, Вт/(м-К). Они составляют 1,74 для цементобетона, 1,4— 1,0 для асфальтобетона, 1,9 для гравия и щебня, 0,46 для топочного шлака, 1,9— 2,2 для песка, 1,8—2 для супеси, 1,6—2 для суглинков и глины. Для грунтов меньшие значения относятся к положительным, большие — к отрицательным тем­ пературам. Грунты находятся во влажном состоянии.

Необходимая суммарная толщина дорожной одежды и моро­

При высоком стоянии уровня грунтовых вод на глубине h от по­ верхности (3-й тип местности по условиям увлажнения) пучение может быть найдено из выражения /ny4= l,lQ , где количество на-

338

капливающейся в земляном полотне влаги может быть определе­ но по предложенной Н. А. Пузаковым зависимости (7.14)._____

Учитывая в ней, что глубина промерзания 2пром = у г2а0°с7\ и, обозначив через I произведение 2kK(WK—W0) t зависящее только от свойств грунта, то уравнению (7.14) можно придать вид

где Я г. в — глубина уровня грунтовых вод от поверхности проезжей части.

Коэффициент <р = 0,7 введен на основе опыта для учета неравно­ мерности образования прослоек льда на разных глубинах зоны промерзания. Для супесей I ориентировочно равно 50, для глиньг— 300.

Необходимая суммарная толщина каменной части покрытия и морозозащитного слоя по аналогии с уравнением (16.19), учитывая, что /доп= Кп?пром/ЮО, определится из выражения

16.7. Расчет толщины дренирующих слоев дорожной одежды

В зимний период в связи с процессами миграции влаги из ниж­ них теплых слоев грунта к границе промерзания в морозозащит­ ном слое дорожной одежды и подстилающем грунте накапливается вода, образующая ледяные линзы и прослойки. На участках с не­ благоприятными гидрогеологическими условиями ее количество [см. уравнение (7.11)] может быть относительно большим.

Весной грунт под темной проезжей частью оттаивает быстрее, чем на обочинах, покрытых снегом. Вода, накопившаяся в грунте за зиму в результате процессов зимнего перемещения влаги, вы­ жимается вверх в песчаное основание. Поверхность мерзлого грун­ та приобретает вогнутое очертание, образуя так называемый дон­ ник, в котором скапливается выделяющаяся при оттаивании ледя­ ных линз грунтовая вода, лишенная возможности просачиваться вниз (рис. 16.19).

При проезде автомобилей в переувлажненном подстилающем грунте возникают гидродинамические напоры, сопротивление грун­ та сдвигу снижается, что может явиться причиной разрушения до­ рожных одежд. Поэтому в конструкции дорожной одежды должна быть предусмотрена возможность своевременного отвода выделив­ шейся воды через дренирующие слои из хорошо фильтрующих ма­ териалов— песка, щебня и отгрохоченного гравия, имеющих ко­ эффициент фильтрации не менее 1 м/сут.

Рис. 16.19. Неравномерное оттаива­ ние земляного полотна:

Методика расчета толщины дренирующих слоев предложена проф. А. Я. Тулаевым. Она исходит из наиболее сложного весен­ него периода их работы, когда основание под серединой проезжей части оттаяло, а у краев еще находится в мерзлом состоянии, и во­ доотводные устройства не работают.

Количество воды, поступающей в основание дорожной одежды в период оттаивания, складывается из воды, выделяющейся при оттаивании грунта под проезжей частью и обочинами, а также воды, просачивающейся в поверхностные слои грунта через трещины и швы покрытия и обочины во время весенних дождей. Скорость от­ таивания грунта земляного полотна под проезжей частью во II и III дорожно-климатических зонах может достигать 5 см в день. Скорость оттаивания обочин меньше и составляет в среднем 3 см. В результате отвод воды из донника задерживается на 3—6 дней в зависимости от климатического района. Поэтому конструкция дре­ нирующего слоя должна обеспечивать размещение в порах песка Всей воды, накапливающейся за этот период.

Оттаявший грунт земляного полотна может удержать количе­ ство воды, равное примерно 0,75 от влажности границы текучести. Поэтому избыток выделившейся воды отжимается вверх в песча­ ное основание. Поскольку трудно установить количество воды, вы­ деляющейся на каждом конкретном участке и поступающей через дорожную одежду и обочины, при расчетах пользуются установлен­ ными* из наблюдений средними значениями суммарного среднесу­ точного притока воды в основание q [в л/(м2-сут)]. Приток воды (в литрах) в пористое основание дорожной одежды с 1 м2 проезжей части за сутки указан в табл. 16.5.

При расчетах песчаных оснований в среднесуточный приток во­ ды вводят поправочные коэффициенты, учитывающие неравномер­ ность оттаивания и выпадения дождей кп и снижение фильтраци­ онной способности песка в результате загрязнения в процессе служ­ бы дороги (коэффициент гидрологического запаса) kT. В зависи­ мости от грунта, климатической зоны и типа увлажнения значение kn составляет 1,3—1,7. Коэффициент kT для непылеватых грунтов равен 1, для пылеватых— 1,1—1,3.

fla начальном этапе проектирования дорожной одежды толщину песчаного основания назначают конструктивно или по соображе­ ниям морозоустойчивости. Затем ее проверяют на размещение в по­ рах воды, поступающей за период от начала оттаивания до начала работы отводящих дренажных устройств, и на возможность ее от­ вода через песчаный слой. При этом следует учитывать, что полное заполнение пор может быть допущено только в нижней части пес-

340

Т а б л и ц а 16.5

сеннего оттаивания, в знаменателе — удельный объем q [в л/(м2 • сут)].

чаного слоя. В верхней его части песок должен находиться только в состоянии капиллярного водонасыщения, так как иначе при ди­ намических воздействиях проезжающих автомобилей в песчаном слое возможны тиксотропные явления. Поэтому должна быть пре­ дусмотрена запасная толщина песчаного основания /1доп, в преде­ лах которой может находиться только капиллярная влага. Так как она распределена по высоте неравномерно, считают, что поры до­ полнительной части песчаного слоя заполнены в среднем на 0,7 их объема.

Приток воды с учетом возможной неравномерности ее поступ­ ления и запаса на заиливание [в м3/(м2-сут)]

Чр= f f M r / 1 0 0 0 .

Влага, содержащаяся в дополнительном слое к началу оттаива­ ния, учитывается при определении рабочей части песчаного слоя.

Таким образом, толщина песчаного слоя должна быть не менее

где Т — число дней между началом оттаивания грунта под дорожной одеж­ дой и оттаиванием обочин и началом отвода воды из основания дренажными устройствами; п — коэффициент пористости песчаного слоя; фэям — коэффициент заполнения водой пор в материале песчаного слоя к началу весеннего оттаива­ ния, составляющий для дорог во II дорожно-климатической зоне в зависимости от пористости песка и толщины дренирующего слоя 0,3—0,7. Меньшие значения относятся к большим значениям толщины слоя и пористости; <рк— коэффициент заполнения капиллярной водой дополнительного слоя песчаного основания, обыч­ но принимаемый, учитывая неравномерность заполнения пор по высоте, рав­ ным 0,7.

341