Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Водно-тепловой режим земляного полотна

24.11.2018

В связи с ростом интенсивности транспортных потоков, увеличением грузонапряженности и скорости движения повышаются требования к прочности земляного полотна.

Тепловой режим грунтов, нарушаемый дорожной одеждой с большей теплопроводностью и отсутствием снежного покрова на поверхности дороги, способствует увеличению зимнего влагонакопления под проезжей частью.

Водный режим верхних слоев земляного полотна также ухудшается из-за медленного просыхания грунтов под водонепроницаемым покрытием.

В отличие от покрытия земляное полотно и основание должны устраиваться прочными на достаточную перспективу роста интенсивности движения. Мероприятиями, повышающими прочность и устойчивость земляного полотна, помимо поверхностного водоотвода являются:

• предохранение верхней части земляного полотна от поступления воды сверху (приданием поперечных уклонов поверхности полотна, укреплением обочин) и снизу (устройство полотна в насыпях при достаточном его возвышении над уровнем грунтовых вод и надлежащем уплотнении насыпного грунта); устройство прослоек, изолирующих или прерывающих капиллярное поднятие; замена неблагоприятных грунтов в выемках и невысоких насыпях морозоустойчивыми грунтами или материалами;

• обеспечение своевременного оттока воды из верхней части земляного полотна (укладка дренирующих слоев из песка или геотекстильных материалов).

На земляное полотно и дорожную одежду воздействуют атмосферные осадки, выпадающие на поверхность дороги и просачивающиеся через трещины, швы, края покрытия и обочины (рис. 4.1). Причем, поданным СоюздорНИИ, через обочины поступает более 40% выпавших осадков. При затрудненном поверхностном стоке вода может увлажнять земляное полотно за счет подтопления и капиллярного перемещения сбоку или снизу при наличии грунтовых вод.

Круглогодичный цикл водно-теплового режима земляного полотна для районов с сезонным промерзанием состоит из четырех, обусловленных временами года, периодов:

1) первоначального осеннего накопления влаги;

2) интенсивного перемещения и накопления влаги при промерзании земляного полотна;

3) максимального влагонасыщения при оттаивании грунта;

4) просыхания грунта.

Все периоды увлажнения составляют единый закономерный цикл перемещения влаги в грунтах земляного полотна в результате воздействия на него природных факторов окружающей среды. Сроки наступления периодов увлажнения зависят от погодных условий и могут смещаться в ту или другую сторону. Первоначальное накопление влаги в грунтах земляного полотна начинается с переходом средних суточных температур воздуха через +3; +5 °С.

За конец периода первоначального накопления можно принимать установление среднесуточных температур воздуха ниже -5 °С. Зимнее накопление влаги в грунтах происходит путем перемещения ее по направлению теплового потока снизу и с боков, от более теплых мест к более холодным, за счет перераспределения внутренних запасов влаги и миграции ее от уровня грунтовых вод. Одновременно с накоплением влаги происходит морозное пучение грунтов, сопровождающееся их разрушением. Максимальная величина общего пучения в большинстве случаев определяется в основном величиной общего зимнего влагонакопления. Наиболее опасны пылеватые грунты, у которых большая поверхностная энергия сочетается с малым сопротивлением подъему воды в порах. Вследствие этого скорость подтока воды в зону пучения велика и образование ледяных линз в грунте идет интенсивно.

Третий период оттаивания и максимального влагонасыщения начинается с установлением в верхних слоях земполотна стабильных положительных температур и продолжается до полного оттаивания грунтов. Вода, выделяющаяся при оттаивании ледяных образований в мерзлых грунтах, насыщает разуплотненный в процессе пучения грунт, поэтому резко снижается его устойчивость. Характеристиками переувлажнения грунта могут считаться толщина слоя с пониженной несущей способностью и длительность периода ослабленного состояния верхней части земполотна.

По мере прогревания земляного полотна начинается четвертый период — просыхание грунтов, т.е. уменьшение их влажности и восстановление плотности и несущей способности.

Для принятия инженерных решений по регулированию воднотеплового режима земляного полотна необходимо построить эпюры максимально возможных сезонных влажностей Wmax и эпюры допустимых расчетных влажностей Wz.

Сравнение этих эпюр позволяет принимать принципиальные решения по регулированию водно-теплового режима земляного полотна:

• удаление низа конструкции дорожной одежды от уровня грунтовых вод. В этом случае в активной зоне должно быть Wmax < Wz, что достигается понижением уровня грунтовых вод или возвышением бровки земляного полотна;

• устройство морозостойких, а также теплоизолирующих слоев — достаточно эффективное мероприятие при регулировании воднотеплового режима;

• удаление избыточной воды с помощью дренирующего слоя или прослойки;

• устройство гидроизоляционных слоев;

• регулирование водно-теплового режима за счет рационального конструирования одежды с использованием паронепроницаемых слоев;

• гидрофобизация (укрепление) грунтов активной зоны органическими и минеральными вяжущими.

В ряде случаев при возведении земляного полотна используются водо- и морозоустойчивые щебенистые, гравийные материалы, которые сохраняют достаточную прочность и устойчивость независимо от интенсивности воздействия водно-теплового режима.

Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечивается отводом поверхностных вод и воды из-под конструкции дорожной одежды, понижением уровня грунтовых вод, возведением насыпей из доброкачественных грунтов, устройством капилляропрерывающих или водонепроницаемых прослоек, укреплением откосов и обочин, возвышением земляного полотна над расчетным уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод на величину, предусмотренную СНиП 2.05.02-85, соблюдением его проектных геометрических параметров.

Термоизолирующие прослойки могут применяться в качестве альтернативы:

1) устройству традиционных морозозашитных слоев для снижения деформаций пучения при промерзании конструкции, в которой в пределах глубины воздействий отрицательных температур имеются пучинистые грунты;

2) устройству повышенных насыпей или устройству термоизоляции из торфа в зоне вечной мерзлоты, обеспечивающих сохранение стабильных характеристик деятельного слоя.

Первое направление использования термоизолирующей прослойки может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах в любой дорожно-климатической зоне при наличии сезонного промерзания-оттаивания грунтов с повышенной пучинистостью.

Второе направление может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах только в зоне многолетнемерзлых грунтов или в специальных проектных решениях, рассчитанных на особые условия строительства и эксплуатации дороги (временные дороги, спецдороги и т.п.).

Эффект от применения теплоизолирующего слоя, используемого для снижения морозного пучения, может быть получен за счет:

• уменьшения объема качественных материалов, используемых в дорожной одежде для обеспечения ее морозоустойчивости;

• возможности использования в верхней части земляного полотна местных пучинистых грунтов (без их замены);

• повышения долговечности конструкции вследствие исключения периодически возникающих деформаций морозного пучения;

• возможности понижения рабочих отметок насыпей на участках, где при традиционных конструкциях действуют ограничения СНиП по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных или поверхностных вод, а также над уровнем земли;

• понижения расчетной влажности грунта земляного полотна и соответствующего повышения расчетных значений прочностных характеристик грунта за счет снижения влагонакопления при процессе морозного пучения;

• снижения требуемой толщины дренирующего слоя за счет исключения поступления воды снизу при оттаивании грунтов земляного полотна.

Эффект от применения теплоизолирующего слоя для предотвращения оттаивания грунта, используемого в конструкции в мерзлом состоянии в зоне вечной мерзлоты, может быть получен за счет:

• уменьшения объемов привозных грунтов при сооружении земляного полотна с сохранением мерзлоты;

• обеспечения возможности использования в земляном полотне грунтов с любой степенью увлажнения в виде мерзло-комковатого материала;

• обеспечения возможности понижения рабочих отметок насыпей, сооружаемых в зоне многолетнемерзлых грунтов с соответствующим уменьшением объемов земляных работ;

• исключения необходимости замены грунта под конструкцией дорожной одежды в выемке;

• повышения надежности и долговечности конструкции дорожной одежды;

• сокращения затрат на уплотнение грунтов при сооружении насыпей;

• снижения экологического ущерба при строительстве дорог в северных районах.

Морозоустойчивость дорожной конструкции оценивается по величине ее морозного пучения (табл. 4.1). Морозоустойчивость конструкции считается обеспеченной при выполнении условия

где lпуч — расчетная величина морозного пучения конструкции; Iпуч доп — допустимая величина морозного пучения конструкции.

Традиционно применяемыми способами повышения морозоустойчивости дорожных конструкций являются:

• использование в рабочем слое взамен местных пучинистых грунтов привозных непучинистых или слабопучинистых грунтов (замена грунта). При выборе грунта учитывают действующую классификацию грунтов по пучинистости (табл. 4.2);

• увеличение расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных или поверхностных вод за счет увеличения высоты насыпей или устройства дренажной системы в выемке (осушение земляного полотна);

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

• устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или зернистых материалов, обработанных минеральными или органическими вяжущими).


К нетрадиционным способам повышения морозоустойчивости относятся способы, предусматривающие использование в конструкции промышленных изделий различного рода:

• прослоек гидроизолирующих (полиэтиленовые пленки, гидроизол др.);

• капилляропрерывающих прослоек;

• теплоизолирующих слоев, снижающих глубину промерзания или полностью исключающих промерзание грунта;

• армирующих прослоек из геотекстиля и геосеток, обеспечивающих повышение равномерности деформаций пучения конструкции.

Теплоизолирующие слои могут устраиваться из различных материалов, как естественных (торф), так и искусственных (материалы с пониженной теплопроводностью, в том числе пенопласты различных типов, отвечающие определенным требованиям).

Теплоизолирующие слои из экструзионных пенопластов применяют для повышения морозоустойчивости дорожной конструкции в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, характерных для 2-го и 3-го типов местности по увлажнению. В зависимости от особенностей конкретного участка можно либо не допустить промерзания насыпи и ее основания и исключить, таким образом, морозное пучение грунтов полностью, либо уменьшить глубину промерзания до допустимой величины.

В общем случае вид теплоизолирующего материала и параметры теплоизолирующего слоя определяются на основе специальных расчетов и технико-экономических обоснований.

Теплоизолирующие слои из пеноплэкса могут быть применены как в насыпях, отсыпанных из пучиноопасных грунтов, так и в выемках, основание которых сложено пучиноопасными грунтами.

До устройства теплоизолирующего слоя должны быть выполнены следующие работы:

• подготовка земляного полотна;

• обеспечение водоотвода с поверхности земляного полотна;

• подготовка путей завоза строительных материалов.

Земляное полотно должно быть спланировано и уплотнено в соответствии с действующими нормативами. Если требуемого уплотнения в рабочем слое достичь невозможно, то должны быть выполнены специальные указания проекта. Водоотвод с поверхности земляного полотна должен быть осуществлен до начала отсыпки выравнивающего слоя под пеноплэкс. При соответствующем технико-экономическом обосновании применяют дренирующую прослойку из геотекстиля. Поперечный уклон дренирующей прослойки принимают не менее 2%. Для обеспечения равномерного опирания плит на поверхность земляного полотна, как правило, устраивают выравнивающий слой из песка толщиной 5...10 см. Распределяют песок бульдозерами. По подготовленному выравнивающему слою проезд механизмов и автотранспорта не допускается.

Плиты пеноплэкса (125х65 см) укладывают вручную (звено из двух человек), располагая их длинной стороной вдоль дороги. Выравнивание термоизолирующего слоя производят подсыпкой песка под плиты с контролем нивелировкой. Стыковка плит осуществляется за счет шпунта, имеющегося на плите.

Плиты следует укладывать таким образом, чтобы поперечные швы в соседних рядах плит располагались вразбежку, т.е. в одной точке не должны соединяться четыре плиты (рис. 4.2).

При двухъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами. Уложенные плиты закрепляют металлическими стержнями диаметром 6...8 мм и длиной 400 мм. Стержни забивают в плиту заподлицо. При ширине прослойки до 8 м достаточно закрепить крайние ряды плит и один-два ряда посередине слоя. Каждая плита крайнего ряда должна быть закреплена не менее чем двумя стержнями. Плиты крайних рядов допускается закреплять, забивая стержни заподлицо с верхней гранью плиты рядом с ней.

Первый над плитами слой дорожной одежды или земляного полотна должен отсыпаться толщиной не менее 0,3 м в плотном теле по способу «от себя». Распределение песка производят бульдозером. Для уплотнения используют вибрационные уплотняющие средства.

При использовании построечной техники с диаметром следа заднего колеса более 37 см и при среднем давлении от заднего колеса более 0,6 МПа следует выполнить расчет необходимой толщины защитного слоя над пеноплэксом. После уплотнения этого слоя виброкатком массой 14...17 т по нему разрешается движение дорожностроительных машин.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: