ПРОВЕРКА НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ УСЛОВИИ z/H > 1
Толщину слоев z1 из стабильных материалов, необходимую для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции, при z/H > 1,0 определяют следующим образом. Для заданного вида грунта и типа местности по характеру увлажнения назначают группу грунта по степени пучинистости при замерзании (табл. 30). Затем по точке пересечения кривой (рис. 22) для данного вида грунта с ограничительной прямой соответствующей принятому типу покрытия, находят необходимую толщину z1cp слоев стабильных материалов для средних условий. Средние условия характеризуются параметрами: глубина промерзания z = 1,5 м, грунтовые воды выходят на поверхность, т.е. H = 0, а Купл = 0,98¸1,0 и W = 0,6 Wт. При других исходных данных требуемых по условию обеспечения морозоустойчивости общую толщину z1 дорожной одежды определяют с учетом ряда факторов, влияющих на морозное пучение грунта:
z1 = z1срКугвКплКнагрКстКв, (27)
где Кугв - коэффициент, учитывающий глубину залегания УГВ (см. рис. 19);
z1ср - средняя толщина слоев из стабильных материалов;
Кпл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта (табл. 31);
Кнагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (см. рис. 18);
Кст - коэффициент, учитывающий влияние структуры грунта естественного сложения (для песка равен 1,0; супесей - 1,1; суглинка - 1,2; глины - 1,3);
Кв - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта.
Таблица 30
| Пучинистость грунта | Характеристика грунта | Тип местности по характеру увлажнения грунта | Среднее относительное морозное пучение lпуч при глубине промерзания 1,5 м, % | Группа грунта по степени пучинистости |
| Непучинистый | Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 % | 2-3 | Менее 1* | I |
| Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0 ,05 мм меньше 1,5 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 % | Менее 1* | I | ||
| Слабопучинистый | Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 % | 2-3 | 1-2* | II |
| Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая и легкая крупная | 1-2* | II | ||
| Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая крупная | 2-3 | 2-4 | III | |
| Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок легкий, тяжелый, тяжелый пылеватый, глины | 2-4 | III | ||
| Пучинистый | Супесь легкая, суглинки легкие и тяжелые, глины | 2-3 | 4-7 | IV |
| Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый | 4-7 | IV | ||
| Очень пучинистый | Песок пылеватый, супеси пылеватые, суглинок тяжелый пылеватый | 2-3 | 7-10 | V |
| Чрезмерно пучинистый | Супесь тяжелая пылеватая суглинок легкий пылеватый | 2-3 | 10-15 и более | VI |
* Относительное пучение щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании более 15 % частиц размером мельче 0,05 мм ориентировочно может быть принято как для пылеватого песка, но с проверкой данных в лаборатории.
Рис. 22. Номограммы для определения требуемой (по условию обеспечения морозоустойчивости) толщины дорожной одежды с морозозащитным слоем из песка:
II-VI - кривые групп грунтов по степени пучинистости (см. табл. 30); 1¸4 - линии, ограничивающие морозное поднятие покрытий различной капитальности (см. п. 4.18); z - глубина промерзания; z1 - требуемая толщина стабильных слоев
Относительная влажность грунта
| (W/Wт) | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
| Коэффициент Кв | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 |
При глубине промерзания более 2,0 м рассчитывают то же по номограмме (см. рис. 22) для z = 2,0 м и установленное значение z1 увеличивают на 8 % при глубине промерзания 2,5 м и на 12 % - при глубине 3,0 м.
При расчете общей толщины дорожной одежды по условию ее морозоустойчивости для дорог в городских условиях на участках с обеспеченным водоотводом поверхностных вод, с дренажными устройствами в установленную величину z1 вводят коэффициент 0,8. Найденная [см. рис. 22 или формулу (27)] толщина дорожной одежды обеспечивает морозоустойчивость конструкции; при этом имеется в виду, что нижний слой основания, выполняющий функции морозозащитного слоя, устроен из песка или гравийно-песчаной смеси.
Таблица 31
| Коэффициент уплощения грунта Купл | Коэффициент Кпл для грунтов | Коэффициент уплощения грунта Купл | Коэффициент Кпл для грунтов | ||
| Глина, суглинок, супесь легкая и пылеватая, песок пылеватый | Супесь легкая, крупная, песок непылеватый | Глина, суглинок, супесь легкая и пылеватая, песок пылеватый | Супесь легкая, крупная, песок непылеватый | ||
| 1,01-1,03 | 0,8 | 1,0 | 0,94-0,90 | 1,3 | 1,2 |
| 1,00-0,98 | 1,0 | 1,0 | Менее 0,90 | 1,5 | 1,3 |
| 0,97-0,95 | 1,2 | 1,1 |
Если морозозащитный слой устраивают из монолитного материала (грунт, укрепленный неорганическими или комплексными вяжущими), жесткость которого снижает неравномерность зимнего поднятия покрытия, то толщину морозозащитного слоя принимают на 30-50 % меньшей, чем расчетный слой из песка. Если же морозозащитный слой устраивают из материалов, существенно отличающихся от песка по теплофизическим свойствам (зологрунт, шлак, грунт, укрепленный органическими вяжущими и др.), то толщина h¢ такого слоя выражается через толщину hпес слоя песка (гравийно-песчаной смеси)
, (28)
где a -поправочный коэффициент, равный 1,0 - для песка, 0,95 - для материалов при l¢ = до 1,2 Вт/м×К и 0,90 - для материалов при l¢ = 1,2¸0,6 Вт/м×К);
l¢, lпес - коэффициенты теплопроводности соответственно материала морозозащитного слоя и песка.
Для существующей дорожной конструкции возможное поднятие поверхности покрытия, т.е. деформация морозного пучения
lпуч = lпуч.срКугвКплКстКвКнагр, (29)
где lпуч.ср - расчетное морозное поднятие средних условий, определяемое по данным табл. 30 и графику (рис. 22) при известной толщине морозозащитного слоя.
Пример 1. Необходимо определить общую толщину дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием по условию морозоустойчивости при следующих исходных данных. Местность 3-го типа по условиям увлажнения, грунт - суглинок тяжелый пылеватый, толщина дорожной одежды по условию прочности - 0,6 м, расстояние от поверхности проектируемого покрытия до уровня грунтовых вод 1,0 м, глубина промерзания 1,5 м, коэффициент уплотнения грунта Купл = 0,96, влажность грунта 0,8 Wт.
Согласно классификации грунтов по степени пучинистости (см. табл. 30), данный грунт в условиях 3-го типа местности относится к группе V. По графику (см. рис. 22) установили, что z1cp = 1,0 м; по рис. 19 нашли Кугв = 0,75; по табл. 31 - Кпл = 1,2; по рис. 18 Кнагр = 1,0; Кст = 1,0 и по примечанию к формуле (27) Кв = 1,2; отсюда z1 = 1,0×0,75×1,2×1,2 = 1,1 м.
Для уменьшения толщины z1 дорожной одежды, требуемой по условию обеспечения морозоустойчивости, можно предусмотреть следующие мероприятия:
а) очень пучинистый грунт верхней части земляного полотна заменить менее пучинистым, например, супесью легкой (IV группа по степени пучинистости) и уплотнить ее до Купл = 1,0. Тогда Kпл = 1,0 и z1 = 0,8×0,65×1,1×1,2 = 0,70 м;
б) понизить уровень грунтовых вод, например, до Н = 2,5 м. В этом случае для суглинка тяжелого Кугв = 0,55 (см. рис. 19)
z1 = 1,0×0,55×1,2×1,2 = 0,8 м.
Пример 2. В условиях, аналогичных приведенным в примере 1, требуется оценить деформацию морозного поднятия покрытия, если толщина дорожной одежды составляет 0,6 м.
По графику (рис. 22) для данного грунта (V группа по степени пучинистости) lпуч.ср = 0,08 м. Значения коэффициентов такие же, как и в примере 1. Тогда искомая деформация морозного пучения составит:
lпуч. = 0,08×0,75×1,2×1,2 = 0,09 м.
Полученное морозное пучение значительно превышает допустимое, равное 4 см. Следовательно, можно ожидать разрушения покрытия.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8