Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева - файл n1.doc

приобрести
Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева
скачать (13828 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc13828kb.20.09.2012 10:46скачать

n1.doc

1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   59

4.4. Районирование территории по условиям движения на дорогах


Вероятность появления, интенсивность и длительность метеорологических факторов в различных регионах различна. Региональный характер изменения погодно-климатических условий на территории страны приводит к тому, что автомобильные дороги одинаковых технических характеристик в одних регионах обеспечивают круглогодичное удобное и безопасное движение с высокими скоростями, а в других на таких же дорогах в отдельные периоды года наблюдается движение с пониженными скоростями и повышенной аварийностью.

Для комплексной оценки климата различных регионов проф. А.П. Васильев предложил показатель влияния климата на условия движения автомобилей

 где                                                                                                             (4.23)

 - коэффициент обеспеченности расчетной скорости на эталонном участке дороги в эталонных метеорологических условиях;

Ксг - среднегодовой коэффициент обеспеченности расчетной скорости на эталонном участке дороги с учетом влияния на состояние поверхности дороги и режим движения всего комплекса погодно-климатических факторов, характеризующих климат данного района.

Физический смысл этого показателя заключается в том, что он показывает долю среднегодового снижения максимальной скорости движения на эталонном участке дороги под воздействием погодно-климатических факторов. Чем больше величина показателя влияния климата на условия движения Пк, тем значительнее его отрицательное воздействие на режим движения транспортных потоков. Таким образом, этот показатель позволяет количественно сравнивать климат различных регионов страны по степени влияния на условия движения.

Аналогично может быть оценено и изменение условий движения автомобилей в одном и том же регионе, но в различные периоды года. При этом необходимо учесть неравномерность изменения интенсивности движения по этим периодам:

 где                                                                                         (4.24)

 - среднесезонный коэффициент обеспеченности расчетной скорости на эталонном участке дороги;

Дсез - длительность сезона, сут;

Ки - коэффициент учета неравномерности движения по сезонам года (см. п. 6.5).

Чем больше величина показателя влияния сезонных погодно-климатических факторов на условия движения, тем более трудным для движения является этот период, а сумма сезонных показателей дает величину показателя влияния климата данного региона, то есть

Пк = Пл + Пз + ПП, где                                                                                                         (4.25)

Пл, Пз, ПП - соответственно показатели влияния сезонных погодно-климатических факторов для летнего, зимнего и переходных периодов.

Показатель влияния климата и сезонных погодно-климатических условий позволяет осуществить районирование страны по условиям движения, т.е. выделить районы с различными расчетными периодами. Для большинства районов нашей страны наиболее трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким и сухим климатом - летний период. Наиболее трудные периоды года по условиям движения и должны быть приняты за расчетные при выборе методов и средств обеспечения удобства и безопасности движения. На основании выполненных исследований предложено районирование территории страны по влиянию климата на состояние поверхности дорог и условия движения (рис. 4.15).



Рис. 4.15. Районирование территории СССР по условиям движения на автомобильных дорогах

Зона I с зимним расчетным периодом. К этой зоне отнесены районы, где зимний период составляет не менее 125 суток в году. Расчетным для этой зоны является движение по заснеженному, скользкому покрытию при наличии суженной проезжей части. В пределах I зоны выделены подзоны с некоторыми отличительными признаками.

Подзона IA характеризуется тем, что здесь зимний расчетный период является единственным, поскольку переходные периоды очень короткие (20-60 сут в году) и ими можно пренебречь. Скользкость покрытия определяется только гололедом и наличием накатанного или рыхлого слоя снега на покрытии.

Подзона IБ характерна тем, что ее зимний расчетный период дополняется значительным по длительности (60-100 сут) переходным периодом. Следовательно, в подзоне IБ необходимо конструктивные и организационные мероприятия дополнять мероприятиями, рассчитанными на обеспечение удобства и безопасности в переходные периоды года.

Подзона IB близка по характерным особенностям к зоне II, так как длительность переходного периода достигает 120 сут. Расчетными условиями являются скользкость и сужение проезжей части из-за наличия гололеда, снежных отложений, выпадения осадков и грязных обочин, то есть в этой подзоне необходимы мероприятия, характерные для зимнего и переходных периодов.

Зона II характерна тем, что расчетными являются переходные периоды, которые длятся 40-110 сут, а зимний период 40-125 сут. Зимы в этих районах малоснежные с частыми оттепелями, поэтому расчетным состоянием дорог можно считать повышенную скользкость покрытия из-за увлажнения и загрязнения покрытия на обочинах и переходных полосах.

Зона III характеризуется летним расчетным периодом, так как зимний и осенне-весенний периоды весьма короткие и вместе составляют 90-110 сут. Основными расчетными условиями являются движение в период высокой температуры воздуха, а поверочными - условия движения в период выпадения дождей. К зоне III могут быть отнесены южные районы Кавказа и районы Средней Азии.

Для горных районов расчетный период рекомендуется определять для каждого характерного участка дороги по высоте, так как в зависимости от высоты местности над уровнем моря погодно-климатические условия значительно изменяются.

Районирование по условиям движения коррелируется с дорожно-климатическим районированием. Однако границы зон отличаются одна от другой. Так, зона I по условиям движения включает в себя зону I, II и III дорожно-климатического районирования. Зона II районирования по условиям движения примерно соответствует зоне IV дорожно-климатического районирования, а зона III соответствует зоне V.

4.5. Воздействие природных факторов на дорогу


Транспортные средства воздействуют на дорогу обычно одновременно с факторами, зависящими от природно-климатических условий (водой, температурой, ветром, солнечной радиацией).

Из всего разнообразия природно-климатических факторов наибольшее влияние на состояние дорог и на условия движения автомобилей оказывают грунтово-геологические и гидрологические условия, рельеф и ландшафт местности, а также погодно-климатические условия или факторы.

Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выделяют тип и характеристики грунтов земляного полотна и подстилающих слоев, глубину промерзания, глубину и характер залегания грунтовых вод, условия стока поверхностных вод.

К погодно-климатическим факторам относятся: атмосферное давление, солнечная радиация, температура и влажность воздуха, осадки (дождь, снегопад, ветер, метель, гололед, туман), а также сочетание этих факторов. Воздействие погодно-климатических факторов формирует водно-тепловой режим земляного полотна (ВТР), под которым понимают закономерные сезонные изменения в полотне и слоях одежд влажности и температуры.

В дорожной конструкции (дорожная одежда + земляное полотно) происходят сложные процессы: нагревание, охлаждение, промерзание, оттаивание, испарение, конденсация, сублимация, облимация. В результате в дорожной конструкции систематически происходят диффузионные процессы тепла и влаги, называемые тепломассопереносом или тепловлагообменом (ТВО), обусловливающие колебание влажности и температуры.

Изменение характеристик ВТР существенно влияет на прочность, долговечность полотна и дорог, приводит к снижению транспортно-эксплуатационных свойств дорог.

Степень действия среды на дорогу в конечном итоге определяется видом и мощностью источников увлажнения дорожной конструкции и интенсивностью температурных воздействий.

Дорожная одежда и земляное полотно (рис. 4.16) должны быть запроектированы таким образом, чтобы даже весной, т.е. в самый неблагоприятный для службы дорог период расчетного года, обеспечивалась требуемая по условиям движения прочность конструкции (Кпр  1,0) и наряду с этим она обладала необходимой морозоустойчивостью (наибольшее зимнее поднятие - пучение поверхности покрытия - примерно равно 40 мм).



Рис. 4.16. Схема круглогодичного цикла водно-теплового режима и состояния конструкции дорожной одежды во II дорожно-климатической зоне:
1 - уровень подземных вод; 2 - ход промерзания конструкции; 3 - ход оттаивания конструкции; 4 - зимнее пучение; 5 - осадка покрытия при оттаивании конструкции; 6 - изменение влажности WOTH грунта земляного полотна (в долях WT); 7 - то же, степени плотности Кпл; 8 - то же, модуля упругости Еу; 9 - то же, сцепления С; 10 - изменение коэффициента прочности дорожной одежды Кnp; 11 - асфальтобетон; 12 - щебень; 13 - песок средней крупности; 14 - легкий пылеватый суглинок (цифры в кружках обозначают величины угла внутреннего трения грунта в градусах)

Основные источники увлажнения дорожной конструкции (рис. 4.17): атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в покрытии, обочины (особенно в местах сопряжения с проезжей частью); вода, застаивающаяся на поверхности полотна, в боковых резервах и кюветах вследствие затрудненного поверхностного стока и увлажняющая грунт земляного полотна в процессе молекулярного и капиллярного передвижения; подземная вода, поднимающаяся по капиллярам, особенно при промерзании конструкции и близком к поверхности дороги залегании подземных вод; парообразная вода, перемещающаяся от теплых слоев к более холодным. Зимой при промерзании конструкции вода может передвигаться снизу вверх и концентрироваться у фронта промерзания, повышая влажность грунта.



Рис. 4.17. Схема источников увлажнения дорожной конструкции:
1 - атмосферные осадки; 2 - вода в канавах; 3 - подземная вода; 4 - песчаное основание

Интенсивность температурных воздействий. Степень опасности водно-теплового режима по этому виду воздействий характеризуют продолжительностью морозного периода в днях Тх, равного периоду между датами перехода температуры воздуха через 0 осенью и весной; минимальной tmin b или средней  температурой воздуха за холодный период; среднемаксимальной температурой воздуха tmax b в наиболее жаркие месяцы, а также комплексными температурными показателями морозным индексом Тхtb в град-днях и размахом Rt = tmax - tmin. Чем выше значения морозного индекса (изменяются от 50 до 2000), размаха Тх, тем опаснее морозное воздействие среды на дорогу [13].

Физическая теория тепловлагообмена в дорожных конструкциях. Воздействие факторов внешней среды на дорогу вызывает тепловлагообмен в полотне и слоях одежды. Этот процесс является сложным, взаимосвязанным. Изменение температуры вызывает миграцию (медленное движение) влаги. Влагонакопление и переход в иную форму влаги способствует теплообмену. Поэтому процесс тепло- и влагообмена необходимо рассматривать во взаимосвязи.

Установлено, что грунты и слои одежд воздухопроницаемы, поры в них между собой сообщаются. Следовательно, в земляном полотне и слоях одежды имеются условия для массообмена: воздухообмена и парообмена. Обмен возможен в случае, если влажность грунта меньше его полной влагоемкости, то есть W > WПB. При полной влагоемкости все поры грунта заполнены жидкой фазой и воздухо- и парообмен прекращается.

В водоненасыщенных грунтах влага содержится в двухфазном состоянии: WП - водяной пар всегда в насыщенном состоянии (  100 %, где - относительная влажность внутрипорового воздуха) и Wx - жидкая фраза. Соотношение фаз постоянно изменяется и зависит от общей влажности грунта.

В мерзлых грунтах дополнительно возникает твердая фаза - лед, количество которой пропорционально величине . При температуре грунта tг ниже 0 не вся жидкая фаза переходит в лед вследствие частичного засоления и действия молекулярных сил, исходящих от грунтовых частиц. Температура льдообразования tл в зависимости от минералогического состава грунта от -0,5°С для песков до -2,5°С для глин. Даже при очень низкой температуре грунта при tг от -20 до -50°С часть жидкой фазы не промерзает. Поэтому в течение всего морозного периода происходит диффузия водяного пара, миграция жидкой фазы и льдообразование. Жидкая фаза испаряется и замерзает, водяной пар конденсируется на жидкой или твердой фазе.

Теплообмен в дорожных конструкциях происходит за счет трех составляющих. Основная часть тепла передается от частицы к частицам за счет теплопроводности (кондукции). Вторая по удельному весу составляющая теплообмена - это тепло фазовых превращений при промерзании-оттаивании, конденсации-испарении, облимации-сублимации. Третья, конвективная составляющая теплообмена незначительная - 2-3 % и ею можно пренебречь.

Влагообмен протекает за счет наличия потенциалов концентрации жидкой фазы и тепла. Водяной пар диффундирует от мест с большим парциальным давлением Р1 в места с меньшим давлением Р2. Поскольку водяной пар находится в насыщенном состоянии и P = f(tг), то он диффундирует от теплых мест к холодным. Это процесс термодиффузии.

Жидкая фаза мигрирует за счет наличия двух потенциалов - концентрации и температуры. За счет первого потенциала жидкая фаза мигрирует от мест с большой влажностью к местам с меньшей влажностью  (концентрационная миграция). Этот потенциал является преобладающим в миграции жидкой фазы (95-98 %). За счет второго потенциала происходит термомиграция жидкой фазы в количестве 2-5 %.

Грунт обволакивает пленки жидкой фазы. Свободные поры заполняют насыщенный пар. Объяснение процесса миграции жидкой фазы в условиях двухфазовой миграции дает гидротермодинамическая гипотеза, в соответствии с которой давление Р в пленке воды, обусловливающее концентрационную миграцию влаги по обволакивающим пленкам, равно:

 где                                                                                                                    (4.26)

Рп - парциальное давление водяного насыщенного пара в порах;

 - поверхностное натяжение водяной пленки, обволакивающей грунтовые частицы или агрегаты;

r - радиус кривизны пленки влаги в контакте с паровоздушной смесью.

Выражение (4.26) объясняет сущность тепломассообмена. Так, если соприкасаются две зоны грунта с одинаковой температурой, но разной влажностью: W1 > W2, то миграция будет происходить от мест с большей влажностью (W1) в места с меньшей влажностью (W2). Это можно объяснить следующим образом. С увеличением влажности W1 толщина водной пленки увеличивается, при этом 1 уменьшается, r1 увеличивается, а давление пара Рп1, сжимаемого водной пленкой, возрастает. При этом Р1 увеличивается. Поскольку Р1 > Р2, влага мигрирует из зоны W1 в зону W2.

Если соприкасающиеся зоны грунта имеют разную температуру: t1 > t2, то в теплой зоне давление пара Рп1 > Рп2, поверхностное натяжение а, будет меньшим вследствие меньшей вязкости и согласно выражению (4.26) Р1 > Р2, т.е. жидкая фаза и водяной пар будут мигрировать из теплой зоны t1 в холодную t2.

В результате ухудшения водно-теплового режима могут проявляться следующие негативные явления: избыточное влагонакопление в отдельных зонах полотна вследствие инфильфации воды через трещины в покрытии, через обочины и откосы после дождей или поверхностного стока; увлажнение грунтового основания от горизонта близкого залегания грунтовых вод или от длительного застоя воды в боковых канавах, коллекторах, что наблюдается в районах болот, орошаемых районах; повышенное увлажнение грунта в верхней части земляного полотна к концу морозного (холодного) периода; образование пучин на участках интенсивного морозного влагонакопления; весеннее (или в период зимних оттепелей) разрушение дорожных одежд вследствие переувлажнения грунта и потери прочности; разрушение откосов, прежде всего высоких насыпей, от переувлажнения; разрушение высоких насыпей от скопившейся в теле воды.

При быстрых понижениях температур с переходом ниже 0 образуются температурные трещины в дорожной одежде. Интенсивный прогрев солнечными лучами в летний период приводит к повышению пластичности асфальтобетона, что способствует образованию сдвигов, волн и наплывав на покрытии.

4.6. Водно-тепловой режим земляного полотна в процессе эксплуатации дорог и его влияние на условия работы дорожных одежд


Закономерные изменения в течение года влажности и температуры в придорожном слое воздуха, в слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна, обусловленные особенностями данной дорожно-климатической зоны и местных гидрогеологических условий, называют водно-тепловым режимом дорожной конструкции. Он существенно влияет на прочность и морозоустойчивость дорожной конструкции и в конечном итоге на степень ровности проезжей части.

Наиболее значительные сезонные изменения влажности и температуры происходят в земляном полотне.

Годовой цикл водно-теплового режима земляного полотна включает четыре характерных периода:

первоначальное накопление влаги осенью;

промерзание, перераспределение и накопление влаги в земляном полотне зимой;

оттаивание земляного полотна и переувлажнение грунта весной;

просыхание земляного полотна летом.

Осенью (сентябрь-ноябрь) под воздействием потока влаги от атмосферных осадков, проникающих в дорожную конструкцию, и вследствие подъема уровня грунтовых вод грунт увлажняется и перед началом промерзания во II дорожно-климатической зоне осенняя влажность его достигает 0,7WT (WT - влажность на пределе текучести грунта). Увеличение влажности сопровождается разуплотнением грунта. Зимой в процессе промерзания земляного полотна, вызывающего приток влаги от уровня грунтовых вод к фронту промерзания, происходит дальнейшее увлажнение и разуплотнение грунта. Прочностные характеристики дорожной конструкции достаточно велики, так как грунт и слои дорожной одежды находятся в мерзлом состоянии. Весной в начале оттаивания земляного полотна грунт наиболее увлажнен и разуплотнен (W  (0,85-1,00)WT; Kyпл = 0,85). Этот период принимают за расчетный в работе дорожной одежды.

Инсоляция и нагрев поверхности дороги весной создают поток тепла, проникающий в дорожную конструкцию, который приводит к постепенному просыханию самых верхних слоев земляного полотна. Однако до полного оттаивания влажность талого грунта резко возрастает, плотность его уменьшается, снижаются деформационные (модуль упругости) и прочностные характеристики (угол внутреннего трения и сцепление). Наименьшие значения деформационных и прочностных характеристик наблюдаются в апреле-мае, когда дорожная конструкция обладает наименьшей прочностью.

Летом (июль-август) земляное полотно интенсивно просыхает. Влажность грунта уменьшается примерно до 0,5WT; летом грунт находится в наиболее уплотненном состоянии и обладает наибольшей прочностью.

В неблагоприятный для службы дорог расчетный период наибольшего ослабления дорожной конструкции ее прочность должна соответствовать требованиям автомобильного движения, кроме того, дорожная конструкция должна обладать необходимой морозоустойчивостью.

Фактическую влажность грунта земляного полотна эксплуатируемых дорог можно получить в результате непосредственных наблюдений за водно-тепловым режимом земляного полотна. Однако далеко не всегда эта влажность будет соответствовать расчетной. Ввиду временной (по сезонам и годам) изменчивости влажности грунта земляного полотна и необходимости оценивать прочность дорожной конструкции с заданным уровнем надежности расчетную влажность грунта устанавливают вероятностным методом. Под расчетной влажностью грунта Wp в этом случае подразумевают максимальное значение средней влажности грунта в пределах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наиболее неблагоприятный период (время, в течение которого грунт активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы в одном году за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды.

Таблица 4.14

Дорожно-климатические зоны

Дорожно-климатические подзоны

Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Среднее значение влажности Wтаб грунта, доли от WT

супесь легкая

песок пылеватый

суглинок легкий

супесь пылеватая и суглинок пылеватый







1

0,53

0,57

0,62

0,65




I1

2

0,55

0,59

0,65

0,67







3

0,57

0,62

0,67

0,70







1

0,57

0,57

0,62

0,65

I

I2

2

0,59

0,62

0,67

0,70







3

0,62

0,65

0,70

0,75







1

0,60

0,62

0,65

0,70




I3

2

0,62

0,65

0,70

0,75







3

0,65

0,70

0,75

0,80







1

0,60

0,62

0,65

0,70




II1

2

0,63

0,65

0,68

0,73







3

0,65

0,67

0,70

0,75







1

0,57

0,59

0,62

0,7




II2

2

0,60

0,62

0,65

0,70







3

0,62

0,64

0,67

0,72







1

0,63

0,65

0,68

0,73




II3

2

0,66

0,68

0,71

0,76

II




3

0,68

0,70

0,73

0,78




1

0,60

0,62

0,65

0,70




II4

2

0,63

0,65

0,68

0,73







3

0,65

0,67

0,70

0,75







1

0,65

0,67

0,70

0,75




II5

2

0,68

0,70

0,73

0,78







3

0,70

0,72

0,75

0,80







1

0,62

0,64

0,67

0,72




II6

2

0,65

0,67

0,70

0,75







3

0,67

0,69

0,72

0,77




III1

1

0,55

0,57

0,60

0,63




2-3

0,59

0,61

0,63

0,67

III

III2

1

0,58

0,60

0,63

0,66

2-3

0,62

0,64

0,66

0,70




III3

1

0,55

0,57

0,60

0,63




2-3

0,59

0,61

0,63

0,67

IV

1

0,53

0,55

0,57

0,60

2-3

0,57

0,58

0,60

0,64

V

1

0,52

0,53

0,54

0,57

2-3

0.55

0,56

0,57

0,60

Примечание. Табличными значениями  можно пользоваться только при обеспечении возвышения земляного полотна в соответствии со СНиП. На участках, где возвышение не обеспечивается (например, в нулевых местах и в выемках с близким залеганием грунтовых вод), величина  назначается индивидуально по данным прогнозов, но она должна быть не менее чем на 0,03 выше табличных значений.

Активной зоной считают верхнюю часть земляного полотна от низа дорожной одежды до глубины 1,3-1,6 м от поверхности покрытия. В этой зоне распространяются значительные напряжения от временных нагрузок, а водно-тепловой режим и состояние грунта наиболее зависимы от погодно-климатических условий.

В соответствии с МОДН 2-2001 «Проектирование нежестких дорожных одежд» расчетную влажность дисперсного грунта Wp (в долях от влажности на границе текучести Wт) при суммарной толщине слоев дорожной одежды Z1  0,75 м определяют по формуле:

 где                                                                        (4.27)

 - среднее многолетнее значение относительной (в долях от границы текучести) влажности грунта, наблюдавшееся в наиболее неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного полотна, отвечающего нормам СНиП по возвышению над источниками увлажнения, на дорогах с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий и т.п.), и при суммарной толщине одежды до 0,75 м, определяемое по табл. 4.14 в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны, схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта. Границы дорожно-климатических зон и подзон приведены в табл. 4.15;

Таблица 4.15

Дорожно-климатические зоны и подзоны

Дорожно-климатическая зона и подзона

Примерные географические границы

I

Севернее линии, соединяющей: Нивский - Сосновку - Новый Бор - Щельябож - Сыню - Суеватпуль - Белоярский - Ларьяк - Усть-Озерное - Ярцево - Канск - Выезжий Лог - Усть - Золотую - Сарыч - Сеп - Новоселове - Иню - Артыбаш - государственную границу - Симонове - Биробиджан - Болонь - Многовершинный. Включает географические зоны тундры, лесотундры и северовосточную часть лесной зоны с распространением вечномерзлых грунтов

I1

Расположена севернее линии: Нарьян-Мар - Салехард -Курейка - Трубка Удачная - Верхоянск - Дружина - Горный Мыс - Марково

I2

Расположена восточнее линии: устье р. Нижней Тунгуски - Ербогачен, Ленек - Бодайбо - Богдарин и севернее линии: Могоча - Сковородино - Зея - Охотск - Палатка - Слаутсткое. Ограничена с севера I1 подзоной

II

От границы I зоны до линии, соединяющей: Львов - Житомир - Тулу - Н.Новгород - Ижевск - Томск - Канск. На Дальнем Востоке от границы I зоны до государственной границы. Включает географическую зону лесов с избыточным увлажнением грунтов

II1

С севера и востока ограничена I зоной, с запада - подзоной II3, с юга - линией Рославль - Клин - Рыбинск - Березники - Ивдель

II2

Ограничена с севера подзоной II1, с запада - подзоной II4, с юга - III зоной, с востока и южной границей I зоны

II3

С севера ограничена государственной границей, с запада - границей с подзоной II5, с юга - линией Рославль - Клин - Рыбинск, с востока - линией Псков - Смоленск - Орел

II4

Ограничена с севера подзоной II3, с запада - подзоной II6, с юга - границей с III зоной, с востока - линией Смоленск - Орел - Воронеж

II5

С севера и запада ограничена государственной границей, с востока - линией Минск - Бобруйск - Гомель, с юга - линией Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск

II6

С севера ограничена подзоной II5, с запада - государственной границей, с юга - границей с III зоной, с востока - линией Минск - Бобруйск - Гомель

III

От южной границы II зоны до линии, соединяющей: Кишинев - Кировоград - Белгород - Самару - Магнитогорск - Омск - Бийск - Туран. Включает лесостепную географическую зону со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы

III1

Ограничена с севера зоной II, с запада - подзоной III2, с юга - IV зоной, с востока - I зоной

III2

Ограничена с севера зоной II, с запада - подзоной III3, с юга - зоной IV, с востока - линией Смоленск - Орел - Воронеж

III3

Ограничена с севера зоной II, с запада - государственной границей, с юга - зоной IV, с востока - линией Бобруйск - Гомель - Харьков

IV

Расположена от границы III зоны до линии, соединяющей: Джульфу - Степанакерт - Кизляр - Волгоград и далее проходит южнее на 200 км линии, соединяющей: Уральск - Актюбинск - Караганду. Включает географическую степную зону с недостаточным увлажнением грунтов.

V

Расположена к юго-западу и югу от границы IV зоны и включает пустынную и пустынно-степную географические зоны с засушливым климатом и распространением засоленных грунтов

 - поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая по табл. 4.16;

 - поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, устанавливаемая по табл. 4.17;

Таблица 4.16

№ п/п

Тип местности по рельефу

Поправка

1

Равнинные районы

0,00

2

Предгорные районы (до 1000 м в.у.м.)

0,03

3

Горные районы (более 1000 м в.у.м.)

0,05

Таблица 4.17

№ п/п

Конструктивная особенность

Поправка  в дорожно-климатических зонах

II

III

IV

V

1

Наличие основания дорожной одежды, включая слои на границе раздела с земляным полотном, из укрепленных материалов и грунтов:













крупнообломочного грунта и песка

0,04

0,04

0,03

0,03

супеси

0,05

0,05

0,05

0,04

пылеватых песков и супесей, суглинка, зологрунта

0,08

0,08

0,06

0,05

2

Укрепление обочин (не менее 2/3 их ширины):













асфальтобетоном

0,05

0,04

0,03

0,02

щебнем (гравием)

0,02

0,02

0,02

0,02

3

Дренаж с продольными трубчатыми дренами

0,05

0,03

-

-

4

Устройство гидроизолирующих прослоек из полимерных материалов

0,05

0,05

0,03

0,03

5

Устройство теплоизолирующего слоя, предотвращающего промерзание

Снижение расчетной влажности до величин полной влагоемкости при требуемом Kупл грунта

6

Грунт в активной зоне земляного полотна в «обойме»

Снижение расчетной влажности до оптимальной

7

Грунт, уплотненный до Kупл = 1,03-1,05 в слое 0,3-0,5 м от низа дорожной одежды, расположенном ниже границы промерзания

-

0,03-0,05

0,03-0,05

0,03-0,05

Примечание. Поправки  при мероприятиях по п.п. 1 и 2 следует принимать только при 1-й схеме увлажнения рабочего слоя, а по п. 5 - при 2-й и 3-й схемах.

Таблица 4.18

Коэффициент нормированного отклонения

Кн

0,85

0,90

0,95

0,98

t

1,06

1,32

1,71

2,19

Кн - заданный (требуемый) уровень надежности (вероятность)

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. 4.18;

3 - поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды, устанавливаемая по графику рис. 4.18.



Рис. 4.18. Графики для определения поправки на влияние суммарной толщины стабильных слоев одежды:
1 - для исходной* относительной влажности 0,75Wm; 2 - то же, для 0,80Wm; 3 - то же, для 0,85Wm; 4 - то же, для 0,90Wm;
* Исходная влажность определяется первым слагаемым в выражении (4.27).

От расчетной влажности земляного полотна существенно зависят деформативные и прочностные характеристики подстилающего дорожную одежду грунта, а также прочность, ровность и долговечность всей конструкцию.

Рекомендуемые нормативные значения механических характеристик грунтов и песчаных конструктивных слоев дорожной одежды приведены в табл. 4.19-4.21.

Таблица 4.19

Нормативные значения сдвиговых характеристик глинистых грунтов в зависимости от расчетной влажности числа приложений расчетной нагрузки

Расчетная относительная влажность

Сцепление С, МПа, при суммарном числе приложений нагрузки (Np )

Угол внутреннего трения , град., при суммарном числе приложений нагрузки (Np)

1

103

104

105

106

1

103

104

105

106

Суглинки и глины

0,60

0,030

0,030

0,016

0,014

0,012

24

20

14,5

11

9

0,65

0,024

0,019

0,013

0,011

0,009

21

15

11

8

7

0,70

0,019

0,013

0,009

0,007

0,006

18

11,5

8,5

6,5

5,5

0,75

0,015

0,009

0,006

0,005

0,004

15

10

7,5

5

4

0,80

0,011

0,007

0,005

0,003

0,002

13

8

5

3

2,5

0,90

0,008

0,04

0,004

0,002

0,001

11,5

6,5

3,5

2,2

2

Супеси

0,6

0,014

0,012

0,008

0,006

0,005

36

24

18

14

12

0,65

0,013

0,010

0,008

0,006

0,004

36

23,5

17

14

12

0,70

0,012

0,009

0,006

0,005

0,004

35

23,5

17

14

12

0,75

0,011

0,008

0,005

0,004

0,003

35

23

17

14

12

0,80

0,010

0,007

0,005

0,004

0,003

34

23

17

14

12

0,85

0,009

0,007

0,004

0,003

0,003

34

22

15

12

10

0,90

0,008

0,004

0,003

0,003

0,003

33

21

12,5

10

8

Примечание. Значение сдвиговых характеристик при Np = 1 используются при расчете на статическое действие нагрузки. При Np > 10 расчетные значения и С следует принимать по графе «106».

Таблица 4.20

Нормативные значения модулей упругости грунтов

Грунт

Модуль упругости, при относительной влажности W/WT, МПа




0,5

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

Пески:































крупные

130

средней крупности

120

мелкие

100

однородные

75

пылеватые

96

90

84

78

72

60

60 54

48

43

Супеси:































легкая

70

60

56

53

49

45

43

42

41

40

пылеватая, тяжелая пылеватая

108

90

72

54

46

38

32

27

26

25

легкая крупная

65

Суглинки:































легкий, тяжелый.

108

90

72

50

41

34

29

25

24

23

легкий пылеватый.

-




























тяжелый пылеватый

108

90

72

54

46

38

32

27

26

25

Глины

108

90

72

50

41

34

29

25

24

23

Примечание. Классификация песков дана по ГОСТ 25100-95. Однородные выделяются по указаниям СНиП «Автомобильные дороги».

Таблица 4.21

Расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления песчаных грунтов и песков конструктивных слоев в зависимости от расчетного числа приложения расчетной нагрузки Np

№ п/п

Тип грунта

Сцепление, МПа и угол внутреннего трения при суммарном числе приложений нагрузки (Np)

1

103

104

105

106

1

Песок крупный с содержанием пылевато-глинистой фракции:
















0

25

0,004

33

0,003

22

0,003

21

0,003

22

0,003

5 %

24

0,005

31

0,004

36

0,004

22

0,003

28

0,003

2

Песок средней крупности с содержанием пылевато-глинистой фракции:
















0

32

0,004

30

0,004

30

0,603

28

0,003

22

0,002

5 %

33

0,005

30

0,004

22

0,003

28

0,003

26

0,002

3

Песок мелкий с содержанием пылевато-глинистой фракции:
















0

31

0,003

28

0,003

22

0,002

26

0,002

25

0,002

5 %

21

0,005

22

0,004

26

0,004

25

0,004

24

0,003

8 %

31

0,006

22

0,005

26

0,004

25

0,003

22

0,002

Примечания: 1. Значения характеристик даны для условий полного заполнения пор водой. 2. В числителе - угол внутреннего трения в градусах, в знаменателе - сцепление в МПа. 3. При Np > А106 расчетные значения и С следует принимать по графе «106».

4.7. Пучины на автомобильных дорогах и причины их образования.


При сезонном промерзании и оттаивании на дорожной одежде при определенных условиях могут наблюдаться пучины, которые представляют собой деформации и разрушения в виде бугров и сетки трещин. Они возникают в результате пучения (пучинообразования), неоднородных по площади проезжей части взбугриваний дорожной одежды, образующихся при одновременном сочетании следующих трех факторов:

интенсивного морозного влагонакопления, при котором максимальная относительная влажность грунта в верхней части земляного полотна Wmax  0,75WT;

промерзания грунта под дорожной одеждой на глубину hnp > 0,5 м;

наличием мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суглинков и других пучинистых грунтов.

Размер деформации пучения зависит главным образом от влажности грунта, глубины промерзания, продолжительности холодного периода, скорости промерзания грунта, прочности дорожной одежды. Неравномерное морозное пучение может достигать 80-100 мм, что существенно снижает скорость движения автомобилей.

Физическая сущность пучинообразования состоит в накоплении, перераспределении, замерзании и оттаивании воды в порах грунта вследствие сезонных изменений водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. В дисперсных грунтах, представляющих собой капиллярно-пористые тела, происходит непрерывный тепломассообмен. С понижением температуры свободно связанная вода замерзает при 0, пленочная и рыхлосвязанная - при -3°С, прочно связанная и в капиллярах вода замерзает при более низкой температуре (-10...-30°С). При промерзании грунта возникает температурный градиент. Незамерзшая часть жидкой фазы перемещается из теплых слоев грунта к холодным, то есть снизу вверх. Процесс миграции воды протекает в зоне изотерм 0...-5°С. При наличии температурного градиента происходит термодиффузия пара от теплых слоев грунта к холодным. Водяной пар, охлаждаясь, конденсируется, увеличивая толщину пленки воды на частицах грунта и на кристаллах льда, и замерзает. Дальнейшее влагонакопление и льдообразование происходит за счет термодиффузии водяного пара. В зоне льдообразования вначале возникают кристаллы, а затем линзы льда.

Льдообразование сопровождается увеличением объема на 9 % и значительным давлением в земляном полотне, что и вызывает поднятие в том числе неравномерное дорожной одежды. В этом и заключается процесс пучинообразования. Весной грунт оттаивает в первую очередь под дорожной одеждой. В этот момент лед переходит в жидкую фазу, которая под действием собственного веса мигрирует вниз и задерживается на мерзлом практически водонепроницаемом грунте. Над мерзлой поверхностью (донником) грунт переувлажняется. Дорожная одежда теряет прочность и под действием нагрузок от транспорта разрушается, ее материал перемешивается с разжиженным грунтом, возникают пучины.

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

С этой целью применяют различные специальные мероприятия:

использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (табл. 4.22, 4.23) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

осушение рабочего слоя земляного полотна, в том числе дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод; устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-й или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;

Таблица 4.22

Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании (СНиП 2.05.02-85, прил. 2 табл. 6)

Группы грунтов по пучинистости

Степень пучинистости

Относительное морозное пучение

I

Непучинистый

1 и менее

II

Слабопучинистый

Свыше 1 до 4

III

Пучинистый

Свыше 4 до 7

IV

Сильнопучинистый

Свыше 7 до 10

V

Чрезмернопучинистыи

Свыше 10

Таблица 4.23

Группы грунтов по степени пучинистости (СНиП 2.05.02-85, прил. 2 табл. 7)

Грунт

Группа

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 до 2 %

I

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 до 15 %, мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 до 15 %, супесь легкая крупная

II

Супесь легкая: суглинок легкий и тяжелый, глины

III

Песок пылеватый; супесь пылеватая; суглинок тяжелый пылеватый

IV

Супесь тяжелая пылеватая: суглинок легкий пылеватый

V

устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в том числе укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;

устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;

устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие

lпучlдоп, где                                                                                                                         (4.28)

lпуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

lдоп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта (табл. 4.24).

Таблица 4.24

Тип дорожных одежд

Вид покрытия

Допустимая величина морозного пучения lдоп, см

Капитальные

Асфальтобетонное

4

Облегченные

Асфальтобетонное

6

Переходные

Переходное

10

Примечание. В восточных районах II-III дорожно-климатических зон значения lдоп следует увеличивать на 20-40 % (большие значения для облегченных и переходных дорожных одежд).

Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

lпуч = lпуч.срКугвКплКгрКнагрКвл, где                                                                                       (4.29)

lпуч.ср - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рис. 4.19 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (табл. 4.23) и глубины промерзания (Znp);

Кугв - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (рис. 4.20); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка Кугв = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной Кугв = 0,43;

Кпл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 4.25);

Кгр - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.26);

Кнагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис. 4.21);

Квл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 4.27).



Рис. 4.19. Графики для определения осредненной величины морозного пучения lпуч.ср:
кривые II-V выбирают в соответствии с табл. 4.23, кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя, кривую IIб - при 1-й схеме увлажнения



Рис. 4.20. Зависимость коэффициента Кугв от расстояния от низа дорожной одежды до расчетного УГВ или УПВ:
1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 - песок, супесь легкая и легкая крупная

Таблица 4.25

Коэффициент уплотнения, Купл

Кпл

Песок пылеватый, супесь легкая и пылеватая, суглинки, глины

Пески кроме пылеватых, супесь легкая крупная

1,03-1,00

0,8

1,0

1,01-0,98

1,0

1,0

0,97-0,95

1,2

1.1

0,94-0,90

1,3

1,2

Менее 0,90

1,5

1,3

Таблица 4.26

Грунт

Кгр

Пески

1,0

Супеси

1,1

Суглинки

1,3

Глины

1,5



Рис. 4.21. Зависимость коэффициента Кнагр от глубины промерзания Znp от поверхности покрытия:
1 - супесь тяжелая и пылеватая, суглинок; 2 - песок, супесь легкая, крупная

Таблица 4.27

Относительная влажность W/WT

0,6

0,7

0,8

0,9

Кпл

1.0

1.1

1.2

1,3

Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле

Znp = Znp(ср)1,38, где                                                                                                             (4.30)

Znp(ср) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис. 4.22).



Рис. 4.22. Карта изолиний глубины промерзания Znp(ср) грунтов на территории СНГ:
1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного; 3 - границы стран СНГ

При глубине промерзания дорожной конструкции Znp до 2 м lпуч.ср устанавливают по графикам рис. 4.19. При Znp от 2,0 до 3,0 м lпуч.ср вычисляют по формуле:

lпуч.ср = lпуч.ср2,0[а + b( Znp - c)], где                                                                                      (4.31)

lпуч.ср2,0 - величина морозного пучения при Znp = 2,0 м;

а = 1,0; b = 0,16; с = 2,0 при 2,0 < Znp < 2,5;

а = 1,08; b = 0,08; с = 2,5 при 2,5 < Znp < 3,0.

Если при расчетном сроке службы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышать требуемую (см. табл. 4.24), а при сроке службы более 10 лет будет превышать 80 % от требуемой, необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. В этом случае предварительно определяют ориентировочно требуемую толщину морозоустойчивой конструкции дорожной одежды, используя графики рис. 4.19. Для этого, зная допустимую величину морозного пучения lдоп, рассчитывают среднюю величину морозного пучения lпуч.ср формуле:

lпуч.ср = lдоп / КугвКплКгрКнагрКвл.                                                                                          (4.32)

Затем по графику рис. 4.19 в соответствии с группой грунта по степени пучинистости определяют hод. Уточненный расчет толщины морозозащитного слоя (hM3) выполняют по термическому сопротивлению конструкций. Для этого необходимо иметь следующие исходные данные:

географическое местоположение рассматриваемого участка дороги;

конструкцию дорожной одежды (наименование и толщина слоев), необходимую по условиям прочности и дренирования;

схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна (1,  или 3) и расчетную глубину залегания подземных вод от поверхности покрытия;

наименование грунтов земляного полотна;

расчетный срок службы дорожной одежды.

Основные направления и меры борьбы с пучинами состоят в том, чтобы максимально ускорить оттаивание и просыхание в первую очередь боковых частей земляного полотна, предохранить покрытие от разрушения, а там, где этих мер недостаточно, перестроить пучинистые участки с использованием прослоек из рулонных геосинтетических материалов.

Одной из важных мер, предотвращающих пучины или ослабляющих их воздействие на дорогу, является прокопка осушительных воронок с помощью машины с рабочим органом роторного типа, смонтированной на колесном тракторе. Воронки роют с обеих сторон в шахматном порядке на расстоянии 3-4 м одна от другой. Они имеют ширину 0,2-0,3 м, а глубина равна толщине дорожной одежды, включая песчаный подстилающий слой. Дну их придается продольный уклон 40-50 %. Воронки способствуют быстрейшему оттаиванию земляного полотна и отводу образующейся воды.

Для предохранения покрытия от разрушения на пучинистом участке устраивают дополнительный слой («подушку») из котельного шлака, несмерзшегося сухого песка или гравийно-песчаной смеси толщиной 10-15 см. На «подушку» укладывают деревянные щиты или временное колейное покрытие. На отдельных участках, где дорожная одежда обладает малой прочностью, движение переносят на объезд или ограничивают скорость движения и грузоподъемность автомобилей. Борьбу с пучинами прекращают, когда грунт земляного полотна полностью оттает и просохнет.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   59


4.4. Районирование территории по условиям движения на дорогах
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации