Земляное полотно автомобильных дорог
Рельеф местности, климатические, гидрологические и гидрогеологические условия оказывают существенное влияние на строительство автомобильных дорог.
Насыщение земляного полотна влагой - крайне опасное явление, при котором значительно снижается прочность дорожной одежды, устойчивость земляного полотна и основания насыпей.
Источниками увлажнения земляного полотна являются:
выпадающие осадки;
приток воды от таяния снега;
капиллярное поднятие от уровня грунтовых вод (УГВ);
конденсация водяных паров из воздуха;
перемещение пленочной воды.
В годовом цикле изменения влажности в грунтах земляного полотна различают периоды:
первоначальное накопление влаги осенью от дождей;
промерзание земляного полотна и перераспределение влаги в зимний период;
оттаивание земляного полотна и весеннее переувлажнение грунтов;
летнее просыхание.
Перемещение влаги интенсивно протекает при температуре от 0 до 3°С.
При более низких температурах вода замерзает, образуя ледяные прослойки, которые раздвигают грунтовые частицы и вызывают поднятие (пучение) грунта, приводящее к выпучиванию покрытия.
Характеристикой зимнего влагонакопления в грунте служит коэффициент пучения (Кп), который выражает отношение высоты поднятия поверхности покрытия к глубине промерзания. При благоприятных гидрогеологических условиях Кп составляет 2...3 %, а при неблагоприятных (уровень грунтовых вод близок к поверхности грунта - pppa.ru) может достигнуть 15..20 %. Первоначальный признак пучин - появление сетки мелких трещини влажных пятен на покрытии.
Для предотвращения пучин проводят мероприятия:
летне-осенние - обеспечение стока воды с поверхности покрытия, устранение ям, колей; неровностей вдоль насыпей, исправление и углубление водоотводных канав;
зимние - обеспечение минимального влагонакопления в земляном полотне при его быстром промерзании за счет очистки от снега земляного полотна на всю ширину;
весенние - полная очистка от снега обочин и откосов земляного полотна, водоотводных канав, выходных частей дренажа, водопропускных труб.
Разнообразие климатических, почвенно-грунтовых и гидрологических условий на территории России не позволяет строить земляное полотно и дорожную одежду по единым нормам и правилам.
Территория России по общности климата, гидрологическим и геоморфологическим условиям делится на 5 дорожно-климатических зон. Границы между зонами условны, их можно до 150 км переносить к северу или югу при обосновании по грунтово-геологическим условиям.
По условиям увлажнения верхней толщи грунтов различают 3 типа местности:
1 тип - сухие участки. Поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщины грунтов, почвы подзолистые, без признаков заболачивания;
2 тип - сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды года. Поверхностный сток не обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхних толщин грунтов, почвы средне- и сильноподзолистые, полуболотные с признаками заболачивания;
3 тип - мокрые места с постоянным избыточным увлажнением. Грунтовые воды или длительностоящие (более 30 суток) поверхностные воды влияют на увлажнение верхних толщин грунтов, почвы торфяно-болотные и полуболотные.
Для надежной работы дорожной одежды необходимо в течение года обеспечить постоянство водно-теплового режима земляного полотна. Для этого требуется поднять бровку земляного полотна над источником увлажнения на высоту, которая обеспечивает равнопрочность земляного полотна на всем участке автомобильной дороги.
Земляное полотно как основание дороги возводится из естественных и искусственных грунтов.
Грунты для дорожного строительства классифицируются на крупнообломочные, песчаные и глинистые (табл. 13). Наибольшее распространение имеют глинистые грунты, которые по показателю текучести подразделяются на твердые, полутвердые, пластичные и текучие.
Грунты по степени увлажнения и допустимой влажности разделяются на недоувлажненные, нормальные и повышенной влажности (табл. 14, 15, 16).
При замерзании по степени пучинистости грунты классифицируются на 5 групп (табл. 17).
Для определения типов грунтов, их плотности и влажности в полевых условиях необходимо пользоваться табл. 18...21.
Для обеспечения устойчивости и прочности рабочего слоя земляного полотна и дорожной одежды необходимо возвышать поверхность покрытия от 0,90 до 2,4 м над расчетным УГВ верховодкой или длительностоящими (более 30 суток - pppa.ru) поверхностными водами (табл. 22, 23).
При невозможности выполнения этих требований в стесненных местах (путепроводы, населенные пункты и т. д.) верхнюю часть земляного полотна следует устраивать на 2/3 глубины промерзания из непучинистых грунтов.
Возвышение бровки насыпи на дорогах, проходящих в открытой местности, назначают над расчетной высотой снегового покрова не менее, м:
1,2 - для дорог I категории;
0,7 - для дорог II категории;
0,6 - для дорог III категории;
0,5 - для дорог IV, I-c категорий;
0,4 - для дорог V, II-с, III-с категорий.
Прочность земляного полотна зависит от равномерного послойного уплотнения грунтов.
Коэффициент уплотнения зависит от типа покрытий и глубины расположения грунта от его поверхности (табл. 24).
Таблица 13
Классификация грунтов по дорожно-строительным свойствам
| Виды грунтов | Распределение части по крупности, % от сухой массы | Содержание песчаных частиц, % от массы сухого грунта | Число пластичности | Пригодность грунтов для дорожного строительства | |
| при сооружении земляного полотна | при укреплении вяжущими материалами | ||||
| Крупнообломочные | |||||
| Щебенистый | Крупнее 10 мм - более 50 % | - | - | Весьма пригоден | Частицы менее 50 мм используют как гранулометрические добавки |
| Дресвяный | Крупнее 2 мм - более 50 % | - | - | Весьма пригоден | Весьма пригоден при разнозернистом составе |
| Песчаные | |||||
| Песок гравелистый | Крупнее 2 мм - более 25 % | - | - | Весьма пригоден | Весьма пригоден для укрепления цементом |
| Песок крупный | Крупнее 0,5 мм - более 50% | - | - | Пригоден | Пригоден |
| Песок средней крупности | Крупнее 0,25 мм - более 50 % | Пригоден | Менее пригоден, чем крупный | ||
| Песокмелкий | Крупнее 0,10 мм - более 75 % | - | - | Пригоден, но менее устойчив | Пригоден для укрепления цементом или эмульсией |
| Песок пылеватый | Крупнее 0,05 мм - более 75 % | - | - | Малопригоден | Малопригоден |
| Глинистые | |||||
| Супесь | Легкая крупная | 1...7 | Весьма пригоден | Весьма пригоден | |
| Супесь | Легкая пылеватая | 20...50 | 1...7 | Малопригоден | Пригоден |
| Тяжелая пылеватая | 1...7 | Непригоден | Малопригоден | ||
| Суглинок | Легкий | 7...12 | Пригоден | Пригоден | |
| Легкий пылеватый | 7...12 | Малопригоден | Пригоден | ||
| Тяжелый | 12...17 | Пригоден | Пригоден с ограничением | ||
| Тяжелая пылеватая | 12...17 | Малопригоден | Малопригоден | ||
| Глина | Песчанистая | 17...27 | Пригоден | Малопригоден | |
| Пылеватая полужирная | Не нормируется | 17...27 | Малопригоден | Малопригоден | |
| Жирная | Не нормируется | Непригоден | Непригоден |
Таблица 14
Степени увлажнения грунтов
| Разновидность грунта по степени увлажнения | Влажность грунта |
| Недоувлажненный | Менее 0,9 Wo |
| Нормальной влажности | от 0,9 Wo до Wдоп |
| Повышенной влажности | от Wдоп до Wnр |
| Переувлажненный | Более Wпр |
Примечание:
Wo - оптимальная влажность;
Wдоп – допустимая влажность;