Забезпечення морозостійкості конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу і земляного полотна

Метою розрахунку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість є забезпечення необхідної стійкості дорожнього покриття проти порушення рівності при нерівномірному набуханні ґрунтів земляного полотна, тобто недопущення появи деформацій від морозного здимання, які перевищують допустимі.

Немає необхідності в спеціальних заходах щодо захисту конструкції від дії морозу:

а) у районах з глибиною промерзання менше 0,7 м;

б) при земляному полотні, яке укладено на всю глибину промерзання з ґрунтів, що не здимаються або слабо здимаються (табл. 16);

в) у випадках, коли необхідна за умовами міцності товщина дорожнього одягу перевищує 2/3 глибини промерзання;

г) на ділянках з 1-шим типом місцевості за зволоженням, за винятком ділянок з капітальним дорожнім одягом при пилуватих суглинистих і супіщаних ґрунтах земляного полотна, якщо не передбачено заходів щодо зменшення проникання води в дорожню конструкцію.

Таблиця 16

Класифікація ґрунтів за ступенем здимальності при замерзанні

Вид ґрунту	Ступінь здимальності	Група за здималь-ністю	Середнє значення відносної здимальності при промерзанні до 1,5 м, %
Пісок гравелистий, грубо і середньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 %	нездимальний	І	1 / 1
Пісок гравелистий, грубо і середньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 15 % та пісок дрібнозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 %	слабоздимальний	II	1 – 2 / 2 – 4
Суглинок непилуватий і глина	здимальний	III	2 – 4 / 4 – 6
Пісок пилуватий; супісок піщанистий; суглинок важкий пилуватий	дуже здимальний	IV	4 – 6 / 6 – 8
Супісок пилуватий; суглинок легкий пилуватий	надмірно здимальний	V	6 – 8 / 8 – 10
Примітка. Над рискою наведено величину здимання при 1-му типі місцевості за зволоженням, під рискою – при 2-му та 3-му типах.

Зимове здимання суттєво не впливає на рівність покриття і довговічність дорожнього одягу, якщо загальне підняття проїзної частини в процесі промерзання конструкції не перевищує таких значень l_доп (у сантиметрах),

залежно від типу дорожнього одягу:

а) капітальний – 4;

б) полегшений – 6;

в) перехідний – 10.

Перевірку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість проводять з використанням номограми (рис. 7) у такій послідовності.

· 3 урахуванням теплотехнічних властивостей матеріалів знаходять еквівалентну (по відношенню до щебеню з гранітних порід) товщину дорожнього одягу:

h₃ =h₁·ε₁ + h₂·ε₂ + h₃·ε ₃ +… + h_n ·ε_n, (14)

де h₁, h₂, h₃,…h_n – товщини шарів дорожнього одягу із стабільних матеріалів, см;

ε₁, ε₂, ε₃,… ε_n – еквіваленти теплотехнічних властивостей матеріалів по відношенню до ущільненого щебеню (таблиця 6.1 додатку 6).

· За рис. 8 знаходять найбільшу за зиму нормативну глибину промерзання глинистих і суглинистих ґрунтів (см), визначену для ймовірності перевищення 5 %. Для супісків, дрібних та пилуватих пісків отримані за картою значення слід збільшити на 20 %.

· При визначенні нормативної глибини промерзання багатошарового дорожнього одягу Z_H, до отриманого значення нормативної глибини промерзання ґрунту уводиться поправка, яка збільшує Z_H.

, см
Поправка Δ, см

· За таблицею 16 для даного виду ґрунту й ступеня зволоження місцевості знаходять комплексну характеристику ґрунту за ступенем набрякання В:

, (15)

Рис. 7. Номограма для розрахунку конструкцій на морозостійкість

· Кліматичний показник α₀ (см²/д) визначають за картою ізоліній α₀ (рис. 8) або використовуючи залежність:

(16)

· Визначивши розрахункову глибину залягання рівня ґрунтової води, за допомогою номограми (рис. 7) можна знайти значення будь-якого з параметрів при інших відомих.

Так, для знаходження загальної товщини шарів із стабільних матеріалів Z₁ необхідно вирахувати відношення l_nyчα₀/(B·Z_p) при l_пуч = l_доп, знайти його значення на вертикальній осі номограми, провести горизонтальну пряму до перетину з кривою, яка відповідає відношенню розрахункової глибини промерзання Z_p до розрахункової глибини залягання рівня підземної води Н, тобто Z_p / H, і, перенісши цю точку на горизонтальну вісь, отримати значення Z₁/Z_p, звідки, знаючи Z_p, визначити Z₁.

----- – кліматичний коефіцієнт α0

Рис. 8. Нормативні глибини промерзання ZH глинистих та суглинистих ґрунтів

· Перевіряють морозостійкість дорожнього одягу, порівнюючи отримане необхідне значення загальної товщини шарів Z₁ із стабільних матеріалів з фактичною еквівалентною товщиною h_p (отриманою із залежності (14)) за умовою:

h₃ /Z₁ 1. (17)

Для існуючої дорожньої конструкції можливе підняття поверхні покриття l_здим, тобто деформацію морозного здимання знаходять за номограмою (рис. 7) у зворотній послідовності, беручи замість відношення Z₁ / Z_p на осі абсцис відношення h₃ / Z₁ ; за відомим відношенням Z_p / Н визначають l_здимα₀/(В · Z_р), звідки знаходять l_здим. Отримане значення морозного здимання не повинно перевищувати допустимого для даного типу дорожнього одягу

l_здим l_доп. (18)

Якщо для забезпечення потрібної морозостійкості необхідна загальна товщина дорожнього одягу перевищує товщину, отриману розрахунком на міцність, то конструкцію одягу слід відкоригувати і знову розрахувати за критеріями граничного стану.

Морозозахистний шар з фільтруючих матеріалів, як правило, служить і елементом дренажної конструкції, а тому він повинен бути розрахований також на своєчасний відвід води, що надходить до конструкції.

Якщо умови морозостійкості не виконуються, необхідно передбачити заходи, які підвищують морозостійкість дорожнього одягу:

а) замінити ґрунти, які здимаються і надмірно здимаються, на ґрунти, які не здимаються або слабо здимаються (за табл. 16), при будівництві або реконструкції верхньої частини земляного полотна;

б) забезпечити необхідне підвищення покриття над рівнем ґрунтової води;

в) влаштовувати морозозахисні шари із стабільних матеріалів, що не змінюють свого об’єму при промерзанні у зволоженому стані (щебінь, гравій, шлак), або теплоізоляційних шарів, які зменшують глибину промерзання земляного полотна (керамзит, керамдор, пінопласт, полістирол);

г) понизити рівень ґрунтової води шляхом влаштування дренажів;

д) влаштовувати капіляроперериваючі і гідроізолюючі прошарки з синтетичних матеріалів (геотекстилю);

е) збільшити товщину дорожнього одягу або застосовувати в основі шари з шлаку чи пористих кам’яних матеріалів з малим коефіцієнтом теплопровідності.

Під час реконструкції ділянок, які піддаються здиманню, крім цих заходів необхідно забезпечити належний поверхневий водовідвід із прилеглої місцевості з необхідним поздовжнім (не менше за 5 %₀) і поперечним ухилом водовідвідних споруд.