На главную | База 1 | База 2 | База 3
Поддержать проект
Скачать базу одним архивом
Скачать обновления

СОЮЗДОРНИИ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ"

В.И. Рувинский

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ
И УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА НА УЧАСТКАХ УШИРЕИИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Москва 2006

Содержание

Предисловие

1. Суть проблемы и пути ее решения

1.1. Механизм изменения плотности и влажности грунтов

1.2. Особенности работы дорожных конструкций и их учет при проектировании дороги

1.3. Характеристика исследуемых грунтов и дорожных одежд

2. Влажность грунтов перед промерзанием земляного полотна

2.1. Прогноз влажности грунтов при 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

2.1.1. Объем воды, поступающей в грунт под дорожной одеждой

2.1.2. Влажность грунта рабочего слоя при отсутствии притока воды из существующего и вновь построенного земляного полотна

2.1.3. Миграция воды из существующего земляного полотна в рабочий слой на участке уширения дороги

2.1.4. Миграция воды из вновь возведенного земляного полотна в рабочий слой под существующей дорожной одеждой

2.2. Прогноз влажности грунтов при 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

2.2.1. Условия поступления поверхностных вод в рабочий слой под дорожной одеждой проезжей части

2.2.2. Значения коэффициента уплотнения грунта в расчетные годы

2.2.3. Эпюры влажности грунтов перед промерзанием в расчетные годы

2.3. Прогноз влажности грунтов при 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

2.3.1. «Безопасная» глубина залегания подземных вод

2.3.2. Эпюры влажности грунтов перед промерзанием в расчетные годы

3. Прогноз плотности и влажности грунтов и их пучения в зимний период

3.1. Температурное поле земляного полотна

3.2. Влажность грунтов в зимний период на участках промерзания рабочего слоя земляного полотна

3.2.1. Расчетные зависимости

3.2.2. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

3.2.3. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слон земляного полотна

3.2.4. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

3.2.5. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в теплую зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

3.3. Прогноз величины пучения грунтов

3.3.1. Расчетные зависимости для определения пучения грунтов

3.3.2. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

3.3.3. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

3.3.4. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

4. Влажность и плотность грунтов в весенний период и влияние на их величину дренирующего слоя дорожной одежды

4.1. Расчетные зависимости для определения влажности и плотности грунтов в весенний период

4.2. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

4.3. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

4.4. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

5. Особенности прогноза значений влажности и плотности грунтов и их пучения в районе сопряжения существующей и вновь сооружаемой дорожной конструкции

5.1. Расчетная схема определения влажности, плотности и пучения грунтов

5.2. Результаты расчета влажности и плотности грунтов и их пучения

6. Учет влияния движения транспорта на прочностные и деформационные характеристики грунта рабочего слоя земляного полотна

6.1. Прогноз значений прочностных и деформационных характеристик грунтов при отсутствии промерзания рабочего слоя земляного полотна

6.1.1. Определение расчетного значения сцепления в грунте

6.1.2. Определение расчетного значения угла внутреннего трения в грунте

6.1.3. Метод определения приближенных значений характеристик грунта на участке уширения дороги

6.2. Прогноз значений прочностных и деформационных характеристик грунтов при наличии промерзания рабочего слоя земляного полотна

6.2.1. Определение расчетного значения сцепления в грунте

6.2.2. Определение расчетного значения угла внутреннего трения в грунте

6.2.3. Определение значений модулей упругости грунтов

7. Мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна по ширине проезжей части дороги

7.1. Допустимые значения пучения грунтов

7.2. Мероприятия по обеспечению допустимой эпюры пучения грунтов по ширине проезжей части

7.3. Проверка дорожной одежды на осадкоустойчивость

7.4. Обеспечение равнопрочности дорожной одежды по ширине проезжей части

7.5. Особенности проектирования мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна на участках сопряжения проезжей части с обочинами

Заключение

Список литературы

Рувинский В.И. Обеспечение прочности и устойчивости земляного полотна на участках уширения автомобильных дорог.

В книге приведены результаты исследований влияния уширения дорог и на водно-тепловой режим земляного полотна.

Излагается методология проектирования уширения дороги, которая позволяет обеспечить равнопрочность дорожной конструкции и равноустойчивость дорожной одежды по всей ширине проезжей части.

Книга предназначена для инженеров, занятых проектированием и строительством автомобильных дорог и аэродромов, а также может быть полезна научным работникам, преподавателям и студентам транспортных вузов.

Предисловие

Одним из путей решения транспортной проблемы России и стран СНГ является уширение эксплуатируемых автомобильных дорог. К сожалению, существующая практика уширения земляного полотна может привести к ухудшению ровности покрытия и появлению трещин в дорожной одежде в процессе эксплуатации дороги в районах с сезонным промерзанием грунтов. Дело в том, что действующие нормативно-технические документы не учитывают особенности водно-теплового режима земляного полотна при контакте существующей и вновь создаваемой дорожной конструкции. Поэтому даже при соблюдении всех действующих документов по проектированию и технологии производства работ происходит ухудшение ровности покрытия и появляются трещины в дорожной одежде в процессе эксплуатации дороги.

Учитывая такое положение с дорогами, на которых было устроено уширение земляного полотна, Росавтодор предусмотрел в плане НИОКР работы по теме: «Исследование и совершенствование теоретических основ методологии регулирования водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд на участках уширения автомобильных дорог». Исполнителем этой темы был автор настоящей книги.

В основу проведения автором исследований и разработки методологии проектирования уширения дороги положена физико-техническая теория водно-теплового режима земляного полотна [3].

Эта теория, разработанная автором книги, позволяет учесть влияние природно-климатических и грунтово-гидрологических факторов и конструктивных параметров, дороги на водно-тепловой режим земляного полотна во II-IV дорожно-климатических зонах.

Физико-техническая теория подтверждена результатами многолетних наблюдений на специальных станциях, построенных на дорогах, и проверена на многочисленных постах наблюдений и опытных участках [8].

На основе этой теории были разработаны: пособие к СНиП 2.05.02-85 [1] по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна, нормы ОДН 218.046-01 [2] по проектированию нежестких дорожных одежд в части обеспечения их морозоустойчивости и типовые решения [7] на пучинистых участках автомобильных дорог.

В настоящее время действует нормативный документ ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» [2]. Этот документ можно применять только при наличии следующих условий:

земляное полотно под дорожной одеждой возводится из одного и того же грунта;

рабочий слой по всей ширине проезжей части устраивается в один и тот же год;

грунт под проезжей частью уплотняется до нормативных значений; дорожная одежда по всей ширине проезжей части имеет одну и ту же конструкцию;

возвышение низа дорожной одежды над уровнем поверхностных и подземных вод удовлетворяет нормативным требованиям.

Строительство дорожных конструкций на участках уширения дороги проводится в других условиях. Поэтому применять ОДН 218.046-01 на таких участках можно только после соответствующей корректировки этого документа. В частности, нужно уточнить методику определения влажности и плотности грунтов и их прочностных и деформационных характеристик, а также нужно уточнить расчет дорожной одежды на морозоустойчивость с учетом взаимного влияния друг на друга существующей и вновь устраиваемой конструкции. Такая работа была выполнена. Ее результаты представлены в настоящей книге.

Методология проектирования дорожных конструкций на участке уширения дороги должна позволять решать вопросы по обеспечению равноморозоустойчивости и осадкоустойчивости, а также равнопрочности дорожной одежды по ширине проезжей части.

Для выполнения этих требований была изучена работа указанных конструкций в процессе эксплуатации дороги. Оказалось, что в этот период может происходить уменьшение плотности грунтов рабочего слоя земляного полотна. Изменение плотности грунтов во времени происходит с различной скоростью на участке существующего земляного полотна и на уширении дороги. Такие условия работы дорожных конструкций являются одной из важных причин появления трещин в дорожной одежде и ухудшения ровности покрытия. Другими факторами, которые влияют на деформацию дорожной одежды, являются поступление воды, и холода в земляное полотно со стороны раздела между существующей и вновь устраиваемой дорожной конструкцией.

Исследования показали, что равноморозоустойчивость и осадкоустойчивость дорожной одежды обеспечена в том случае, когда величина и интенсивность изменения пучения и осадки грунтов по ширине проезжей части не превышает величин, приведенных в книге. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды не исключает необходимости ее проверки на осадкоустойчивость при оттаивании земляного полотна. Дело в том, что дорожная одежда может обладать необходимой морозоустойчивостью, но не быть осадкоустойчивой.

При проектировании дороги нужно стремиться к тому, чтобы была обеспечена равно прочность дорожной одежды по всей ширине проезжей части. Это может потребовать больших материальных затрат. Создавать или не создавать такую конструкцию - это технико-экономическое решение. В любом случае прочность дорожной одежды должна быть не менее требуемой по ОДН 218.046-01.

В книге представлены расчетные зависимости для прогноза водно-теплового режима земляного полотна на участках уширения дороги. Эти расчетные зависимости позволяют:

● определить значения притока воды из существующего дорожного полотна во вновь устраиваемое и обратно;

● установить расстояния, на которые промерзает грунт под существующей дорожной одеждой за счет поступления холода со стороны земляного полотна на участке уширения дороги;

● то же в отношении промерзания вновь устраиваемого земляного полотна;

● установить значения влажности и плотности грунтов и их пучения по ширине проезжей части.

По этим зависимостям были проведены соответствующие расчеты для конкретных грунтов, которые позволили установить пределы изменения различных параметров водно-теплового режима земляного полотна.

Требуемые условия работы дорожных конструкций на участках уширения дороги можно обеспечить путем применения различных мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна. Применение некоторых из этих мероприятий стало возможным после проведения соответствующих исследований. В частности, такие исследования были проведены для дорожных конструкций, включающих теплоизолирующий слой из пенопласта, предотвращающего промерзание земляного полотна. Для таких конструкций не были известны значения прочностных и деформационных характеристик грунта. Без этих данных нельзя было оценить прочность дорожной одежды. Указанные исследования позволили разработать расчетные зависимости для определения таких характеристик грунта. Они представлены в книге. Тем самым была решена задача по обеспечению требуемой прочности дорожной одежды, включающей теплоизолирующий слой из пенопласта.

В книге приведен перечень мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна и указаны особенности устройства этих мероприятий.

1. Суть проблемы и пути ее решения

1.1. Механизм изменения плотности и влажности грунтов

В период эксплуатации дороги в районах с сезонным промерзанием грунтов происходят изменения плотности-влажности грунтов [3]. В общем случае этот процесс состоит из четырех основных периодов: набухание осенью, пучение зимой, осадка грунта при оттаивании и усадка при высыхании весной и летом. Учитывая, что рабочий слой земляного полотна допускается устраивать только из ненабухающих и слабонабухающих грунтов, находящихся под давлением от веса дорожной одежды, можно не учитывать набухание грунтов при определении плотности и влажности грунтов и их пучения.

В процессе эксплуатации дороги может происходить уменьшение плотности грунтов в летний период по сравнению с плотностью, достигнутой при строительстве. Разуплотнение грунта происходит в том случае, когда его набухание осенью плюс пучение зимой будет больше суммарной величины осадки грунта при оттаивании весной и усадки при высыхании летом. Понижение плотности грунта происходит год за годом в течение примерно 5-10 лет, после чего этот процесс прекращается и устанавливается в летний период так называемая «бытовая» плотность.

Ку(б) = Ку(min)/(1 - еусад),                                                                                      (1)

где Ку(б) - коэффициент уплотнения грунта, соответствующий «бытовой» плотности;

Ку(min) - минимальное значение коэффициента уплотнения грунта после осадки в летний период;

еусад - относительная величина усадки грунта в летний период.

Значения коэффициента Ку(min) в формуле (1) приведены на рис. 12 (п. 4.1) в зависимости от начальной плотности, достигнутой при строительстве дороги и давления на грунт от веса дорожной одежды и вышележащих слоев грунта.

При 1-й схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна величина пучения грунтов зимой, как правило, не превышает суммарную величину осадки грунта при оттаивании весной и усадки при высыхании летом. Вследствие этого плотность грунта в конце летнего периода достигает значения равного величине плотности, достигнутой при строительстве дороги. Ежегодно такое явление имеет место в период эксплуатации сооружения [3].

При 2-ой и 3-ей схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна происходит указанное уменьшение плотности грунтов земляного полотна в процессе эксплуатации дороги до величины, равной «бытовой» плотности.

1.2. Особенности работы дорожных конструкций и их учет при проектировании дороги

Согласно изложенному плотность грунта земляного полотна уменьшается в процессе эксплуатации дороги при 2-ой и 3-ей схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна. При уширении дороги, находящейся в эксплуатации не менее 5-10 лет, плотность грунта существующего земляного полотна равна «бытовой» плотности. Такое значение плотности грунта в летний период сохраняется и после устройства уширения дороги.

На вновь устроенном земляном полотне плотность грунта в летний период не является постоянной величиной, а уменьшается, как уже было сказано, в период эксплуатации дороги. При изменении плотности грунта меняется и величина его пучения. При этом кривая зависимости между этими величинами имеет максимум при плотности грунта, показанного на рис. 9 (п. 3.2). Наличие таких условий приводит к тому, что ежегодно меняется соотношение между величинами пучения грунтов под существующей и вновь сооружаемой дорожной одеждой. В результате этого дорожная одежда оказывается разноморозоустойчивой по ширине проезжей части дороги. Аналогичная ситуация имеет место и в части прочности дорожной одежды. В период эксплуатации дороги ежегодно меняется соотношение между модулем упругости существующей дорожной одежды и модулем упругости дорожной одежды на участке уширения. В результате этого существующая и вновь сооружаемая дорожные одежды оказываются разиопрочиыми по ширине проезжей части.

Другими особенностями рассматриваемой конструкции являются поступление воды, и холода в земляное полотно со стороны раздела между существующей и вновь устраиваемой дорожной конструкцией. В результате этого увеличивается влажность, пучение и осадка грунта в «переходной» зоне [7]. Такое же положение и со значениями прочностных и деформационных характеристик грунта.

Из изложенного следует, что основной проблемой проектирования дорожных конструкций при уширении дороги является обеспечение равноморозоустойчивости, осадкоустойчивости и равнопрочиости дорожной одежды по ширине проезжей части.

Проверка дорожной одежды на морозоустойчивость, осадкоустойчивость и прочность должна проводиться для 3-х расчетных лет работы конструкции. Это следующие годы:

● первый год после уширения дороги;

● год установления максимального значения коэффициента пучения грунта (п. 3.2, рис. 9) на участке уширения дороги;

● год установления «бытовой» плотности грунта (форм. 1) на участке уширения дороги.

В указанные расчетные годы определяют:

● эпюры влажности и плотности грунтов по ширине проезжей части перед промерзанием земляного полотна;

● эпюры влажности и плотности грунтов и их пучения по ширине проезжей части в зимний период;

● эпюры влажности и плотности грунтов по ширине проезжей части в период оттаивания земляного полотна весной;

● средневзвешенные значения влажности грунтов в период высыхания земляного полотна весной и летом и в осенний период увлажнения земляного полотна;

● значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по ширине проезжей части в различные периоды года.

При расчетах можно принять, что плотность грунта существующего земляного полотна равна «бытовой» плотности, но не менее величины, измеренной в период проведения работ по уширению дороги.

По полученным данным проектируют мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна таким образом, чтобы была обеспечена допустимая эпюра пучения, и осадки грунтов по ширине проезжей части, то же в отношении равнопрочности дорожной одежды.

Указанное проектирование дорожной конструкции следует проводить с учетом классификации участков уширения дороги, изложенной в табл. 1 и 2.

Таблица 1

№ типа уширения дороги

Показатели уширения дороги

Существующая дорожная одежда

Дорожная одежда на участке уширения дороги

А

В дорожной одежде имеется дренирующий слой с коэффициентом фильтрации не менее требуемого по расчету

В дорожной одежде имеется дренирующий слой с коэффициентом фильтрации не менее требуемого по расчету

В

В дорожной одежде имеется дренирующий слой с коэффициентом фильтрации менее требуемого по расчету

В дорожной одежде имеется дренирующий слой с коэффициентом фильтрации не менее требуемого по расчету

С

В дорожной одежде нет дренирующего слоя

В дорожной одежде имеется дренирующий слой с коэффициентом фильтрации не менее требуемого по расчету

D

В дорожной одежде нет дренирующего слоя

В дорожной одежде нет дренирующего слоя

Примечание. При устройстве дорожной одежды из монолитных материалов на участке 1-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна на территории IV дорожно-климатической зоны следует принимать тип уширения дороги под номером «D».

Таблица 2

Подтипы уширення дороги

№ подтипа уширения дороги

Грунт под существующей дорожной одеждой и на участке уширения земляного полотна

№ подтипа уширения дороги

Грунт под существующей дорожной одеждой и на участке уширения земляного полотна

1

песок

песок

9

суглинок

песок

2

песок

супесь

10

суглинок

супесь

3

песок

суглинок

11

суглинок

суглинок

4

песок

глина

12

суглинок

глина

5

супесь

лесок

13

глина

песок

6

супесь

супесь

14

глина

супесь

7

супесь

суглинок-

15

глина

суглинок

8

супесь

глина

16

глина

глина

Принятые обозначения:

 - грунт под существующей дорожной одеждой;

 - грунт на участках уширения земляного полотна.

Для основных типов и подтипов уширения дороги проведены расчеты водно-теплового режима земляного полотна. В расчет включали грунты разных разновидностей (п. 1.3). Результаты этих расчетов приведены ниже.

1.3. Характеристика исследуемых грунтов и дорожных одежд

Принято, что рабочий слой земляного полотна устраивается из песка пылеватого, супеси легкой, суглинка легкого пылеватого, глины пылеватой. Дренирующий и морозозащитный слой дорожной одежды устраивается из песка средней крупности.

Характеристика этих грунтов следующая.

1. Песок пылеватый. Содержание пыли и глины не более 10 %, влажность на границе текучести - 15,0 %, оптимальная влажность 9,0 %, максимальная плотность скелета грунта по методу стандартного уплотнения - 1980 кг/м3, плотность частиц грунта - 2650 кг/м3, коэффициент фильтрации 0,2 м/сут.

Определяем полную влагоемкость грунта (в долях единицы):

Wпв = (ρгр - Ку·ρск(max)ρв/(ρгр·Ку·ρск(max)),                                                            (2)

где ρгр - плотность частиц грунта, кг/м3;

Ку - коэффициент уплотнения грунта;

ρск(max) - максимальная плотность скелета грунта, кг/м3;

ρв - плотность воды, кг/м3 (ρв - 1000 кг/м3).

По формуле (2) полная влагоемкость пылеватого песка при коэффициенте уплотнения Ку,. = 1,0 равна: Wпв = 0,128 (12,8 %).

Определяем капиллярную влагоемкость пылеватого грунта (в долях единицы):

Wкв = Wпв - ΔWв,                                                                                                (3)

где ΔWв - разница между полной и капиллярной влагоемкостью за счет объема воздуха в некапиллярных порах грунта, доли единицы. При Ку = 1,0 Wкв = 0,098 (9,8 %).

Высоту капиллярного поднятия воды (hк) в пылеватом песке определяем по табл. 3, в зависимости от величины «А», полученной эмпирическим путем.

Таблица 3

А

hк, см

А

hк, см

А

hк, см

1,00

5

0,025

40

0,007

75

0,50

10

0,020

45

0,006

80

0,20

15

0,015

50

0,005

85

0,10

20

0,012

55

 

 

0,050

25

0,010

60

 

 

0,040

30

0,009

65

 

 

0,030

35

0,008

70

 

 

А = Кф ρв/(Wкв - Wопт)Ку·ρск(тах),                                                                        (4)

где Кф(10) - коэффициент фильтрации воды в песке при температуре 10 °С, см/с;

Wопт - оптимальная влажность песка, доли единицы. Для пылеватого песка А = 0,015 при Ку = 1,0. При этой величине «А» имеем hк = 50 см.

Определяем среднеарифметическое значение удельных движущих сил менисков воды qср(п), гПа) в песке по формуле:

qср(п) = 10-4hк·ρв·g,                                                                                        (5)

где g - ускорение свободного падения, м/с2.

Для пылеватого песка qср(п) - 49 гПа.

Определяем коэффициент просачивания воды (Кw, м/с) в песке по формуле:

                                                                     (6)

где Кф - коэффициент фильтрации воды в песке при температуре 10 °С, м/с.

Для пылеватого песка Кw(10) = 146·10-6 м/с.

2. Песок средней крупности. Оптимальная влажность песка - 9,0 %, максимальная плотность песка - 1920 кг/м3, плотность частиц грунта - 2650 кг/м3, коэффициент фильтрации - 1,2 м/с. При Ку - 1,0 полная влагоемкость грунта равна по форм. (2) 0,143 (14,3 %), капиллярная влагоемкость грунта равна 0,113 (11,3 %) по форм. (3), высота капиллярного поднятия - 35 см по табл. 3.

3. Супесь легкая. Число пластичности - 4, влажность на границе текучести - 18,0 %, влажность на границе раскатывания - 14,0 %, оптимальная влажность - 10,5 %, максимальная плотность скелета грунта - 1950 кг/м3, плотность частиц грунта - 2660 кг/м3 грунта.

4. Суглинок легкий пылеватый. Число пластичности - 10, влажность на границе текучести - 27,0 %, влажность на границе раскатывания - 17,0 %, оптимальная влажность - 15,3 %, максимальная плотность скелета грунта - 1800 кг/м3, плотность частиц грунта - 2690 кг/м3 грунта.

5. Глина пылеватая. Число пластичности – 18 %, влажность на границе текучести - 37,0 %, влажность на границе раскатывания - 19,0 %, оптимальная влажность - 18,0 %, максимальная плотность скелета - 1750 кг/м3, плотность частиц грунта - 2720 кг/м3 грунта.

Значения полной и капиллярной влагоемкости глинистых грунтов, вычисленные по форм. (2) и (3), представлены в табл. 4.

Таблица 4

Ку

Супесь легкая

Суглинок легкий пылеватый

Глина пылеватая

wкв

wпв

wкв

wпв

wкв

wпв

1,0

11,3 %

0,63

13,7 %

0,76

16,6 %

0,61

18,4 %

0,68

19,6 %

0,53

20,3 %

0,55

0,98

11,9 %

0,66

14,7 %

0,82

17,2 %

0,64

19,5 %

0,72

20,3 %

0,55

21,5 %

0,58

0,96

12,5 %

0,71

15,8 %

0,88

17,9 %

0,66

20,7 %

0,77

21,1 %

0,57

22,8 %

0,62

0,94

13,2 %

0,73

17,0 %

0,94

18,6 %

0,69

21,9 %

0,81

21,8 %

0,59

24,0 %

0,65

0,92

13,8 %

0,77

18,1 %

1,01

19,4 %

0,72

23,2 %

0,86

22,5 %

0,61

25,3 %

0,68

0,90

14,6 %

0,81

19,4 %

1,08

20,3 %

0,75

24,6 %

0,91

23,4 %

0,63

26,7 %

0,72

Примечание. В знаменателе указаны значения влажности грунтов в долях от границы текучести.

Для указанных глинистых грунтов были установлены значения их показателей капиллярных свойств (3). Они представлены в табл. 5.

Влияние дорожной одежды на водно-тепловой режим земляного полотна оценивается 4-я показателями:

● наличием асфальтобетонного или цементобетонного покрытия;

● величиной термического сопротивления дорожной одежды;

● величиной давления на грунт от веса дорожной одежды;

● наличием или отсутствием дренирующего слоя в дорожной одежде.

Таблица 5

Грунт

Коэффициент уплотнения грунта

Показатели капиллярных свойств грунта по группам капилляров

I

II

III

IV

qк(10)

Кw(10)

qк(10)

Кw(10)

qк(10)

Кw(10)

qк(10)

Кw(10)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Супесь легкая

0,90

105

255·10-8

95

400·10-8

90

480·10-8

85

545·10-8

0,92

110

200·10-8

95

380·10-8

90

500·10-8

85

605·10-8

0,94

120

155·10-8

100

355·10-8

85

515·10-8

80

655·10-8

0,96

130

125·10-8

100

330·10-8

85

525·10-8

80

705·10-8

0,98

135

100·10-8

100

310·10-8

85

530·10-8

80

755·10-8

1,00

145

80·10-8

105

290·10-8

85

530·10-8

80

800·10-8

Суглинок легкий пылеватый

0,90

220

90·10-9

180

205·10-9

165

295·10-9

155

370·10-9

0,92

235

70·10-9

185

190·10-9

165

300·10-9

155

400·10-9

0,94

250

55·10-9

190

175·10-9

165

300·10-9

150

430·10-9

0,96

265

45·10-9

190

160·10-9

165

300·10-9

150

455·10-9

0,98

280

35·10-9

195

150·10-9

165

300·10-9

145

475·10-9

1,00

300

30·10-9

200

135·10-9

165

295·10-9

145

500·10-9

Глина пылеватая

0,90

440

70·10-10

325

220·10-10

280

385·10-10

255

555·10-10

0,92

465

55·10-10

330

205·10-10

280

385·10-10

245

585·10-10

0,94

490

45·10-10

340

190·10-10

280

380·10-10

245

615·10-10

0,96

525

30·10-10

345

170·10-10

280

380·10-10

245

645·10-10

0,98

555

25·10-10

355

155·10-10

280

375·10-10

240

675·10-10

1,00

585

20·10-10

360

145·10-10

280

375·10-10

240

695·10-10

Примечания: qк(10) - удельная движущая сила мениска воды в грунте, гПа, при температуре 10 °С, Кw(10) - коэффициент просачивания воды в грунте, м/с, при температуре 10 °С.

Величину термического сопротивления дорожной одежды (Rод, м2·К/Вт) определяют по формуле:

Rод = hод(экв)/λод + 1/а,                                                                                         (7)

где hoд(экв) - толщина эквивалентного по теплофизическим свойствам слоя дорожной одежды, м;

λод - коэффициент теплопроводности эквивалентного слоя дорожной одежды, Вт/(м2·К);

α - коэффициент теплообмена на поверхности дорожной одежды, Вт/(м2·К).

Величина α = f(v), где v - среднемесячная скорость ветра, м/с. Исследования показали, что величина 1/a0,04 м2·К/Вт.

Толщину эквивалентного слоя дорожной одежды определяют по формуле:

                                                                           (8)

где noд - количество конструктивных слоев дорожной одежды;

-толщина конструктивного слоя дорожной одежды, м;

 - коэффициент теплопроводности слоя дорожной одежды, Вт/(м·К).

Коэффициент теплопроводности эквивалентного слоя дорожной одежды определяется по формуле:

                                                                               (9)

Расчеты по формулам (7)-(9) показали, что термическое сопротивление традиционных конструкций дорожных одежд составляет 0,3-0,8 м2·К/Вт при толщине дорожной одежды от 0,5 м до 1,2 м. Для указанных конструкций давление на грунт от веса дорожной одежды составляет 10-25 кПа.

2. Влажность грунтов перед промерзанием земляного полотна

2.1. Прогноз влажности грунтов при 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

2.1.1. Объем воды, поступающей в грунт под дорожной одеждой

Искомую величину определяют по формуле:

                                                                                  (10)

где qатм(пр.ч) - приток воды в грунт рабочего слоя земляного полотна от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания грунта, м3 на 1 м2;

 - то же в грунт дренирующего слоя дорожной одежды, м3 на 1 м2.

qдр - величина отвода воды дренажем, м3 на 1 м2 (при отсутствии дренирующего слоя или его заиливания qдр = 0).

                                                                     (11)

αпр - коэффициент, учитывающий дополнительный приток воды, поступающей в грунт до и после последнего осеннего месяца, безразмерная величина, αпр = 1,3;

Нвп(пр.ч) - количество воды, впитывающейся в последний осенний месяц расчетного года в грунт под проезжей частью, мм;

*           - площадь, м2 (гр - 1 м2);

Нвп(пр.ч) = Аод·Нвп(0),                                                                                            (12)

Аод - коэффициент, учитывающий испарение воды из дорожной одежды и нижележащего грунта и аккумуляцию влаги в слоях покрытия и основания конструкции (табл. 6);

Нвп(0) - количество атмосферных осадков, впитавшихся в дорожную одежду в последний месяц расчетного года, мм.

Таблица 6

Дефицит влажности воздуха 5 %-ной обеспеченности в последний осенний месяц, гПа

0

1

2

3

4

Аод

1,0

0,7

0,3

0,2

0,1

Нвп(0) = а0тдln(1 + b0 iд,                                                                    (13)

где а0 - показатель водопроницаемости покрытия (для асфальтобетонных покрытий а0 = 0,003 и а0 = 0,013 мм соответственно, находящихся в удовлетворительном состоянии и при возникновении трещин в покрытии, для цементобетонных покрытий а0 = 0,013 мм);

mд - число дождей;

bo - коэффициент, учитывающий степень заполнения влагой швов, микротрещин и пор бетонного камня перед дождем (для осеннего периода b0 = 80);

iд - средняя интенсивность дождя в последний осенний месяц расчетного года, мм/мин;

tвн(0) - средняя продолжительность впитывания воды в дорожную одежду при выпадении одного дождя, мм/мин.

tвн(0) = (iд·Тд - Нсм(пр.ч))/(iд·тд),                                                                            (14)

где Тд - продолжительность осадков, выпавших в последний осенний месяц расчетного года, мин;

Нсм(пр.ч) - суммарная величина смачивания поверхности проезжей части в последний осенний месяц расчетного года, мм.

                                                                          (15)

Нсмтд·max hсм,                                                                                              (16)

где асм, mахhсм - показатели смачивания поверхности проезжей части (для асфальтобетонного покрытия асм = 0,01 мм, maxhсм = 0,5 мм; для цементобетонного покрытия асм = 0,02 мм, maxhсм = 1,0 мм);

Т - продолжительность расчетного периода (месяца), мин.

Согласно изложенному (п. 1.3) дренирующий слой устраивают из песка средней крупности с коэффициентом фильтрации 1,2 м/сут. При 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна принимаем толщину дренирующего слоя равной 0,3 м. Эта толщина меньше высоты капиллярного поднятия 0,35 м (табл. 3).

В этом случае величину отвода воды дренажем определяют по формуле:

                                       (17)

где hдр - толщина дренирующего слоя, м;

Ку, ρск(тах), Wonm, Wкв - характеристика песка дренирующего слоя.

Примечания: 1. При расчете по форм. (13) следует иметь в виду, что под знаком логарифма, входящего в показатель степени, не показан коэффициент равный единице, увязывающий принятые размерности. 2. При расчете по форм. (15) следует иметь в виду, что под знаком корня не показан коэффициент равный единице, увязывающий принятые размерности.

Для расчета притока воды в грунт было проведено районирование территории II и III дорожно-климатических зон по условиям увлажнения осадками. В основу районирования положены средиемноголетние значения дефицита влажности воздуха и осадков, выпавших в последний осенний месяц. При этом за конец осени принята дата устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 °С.

Указанная территория подразделяется на четыре района. К 1-му району относится территория дорожно-климатической зоны II, ко 2-му району - европейская часть территории II2, к 3-му району - азиатская часть территории II2 и европейская часть территории III, к 4-му району относится азиатская часть дорожно-климатической зоны III.

Расчеты по формулам (11)-(16) позволили определить значения  для отдельных пунктов районов 1-4 (табл. 7).

Таблица 7

№ района

Город

Метеорологические данные для последнего осеннего месяца

Приток воды в грунт 5 %-ной обеспеченности с начала осени до промерзания земляного полотна, м3 на 1 м2

Продолжительность осадков 5 %-ной обеспеченности, час.

Средняя интенсивность дождя, мм/мин

Число дождей 5 %-ной обеспеченности

Дефицит влажности воздуха 5 %-ной обеспеченности, гПа

1.

Архангельск

255

0,007

65

0,5

0,015

0,062

Сыктывкар

350

0,005

55

0,6

0,015

0,063

2.

Москва

240

0,007

65

0,9

0,011

0,048

Вятка

280

0,006

55

0,9

0,011

0,048

3.

Тамбов

210

0,006

55

1,0

0,008

0,035

Бугульма

255

0,006

45

1,1

0,009

0,040

Екатеринбург

290

0,005

55

1,0

0,010

0,041

Тюмень

240

0,005

45

1,0

0,008

0,033

4.

Омск

190

0,006

35

1,1

0,006

0,019

Минусинск

110

0,008

30

1,2

0,005

0,020

Примечания. В числителе указаны значения притока воды на поверхности грунта под проезжей частью на дорогах с асфальтобетонным покрытием, находящегося в удовлетворительном состоянии; в знаменателе - то же при наличии цементобетонного покрытия в удовлетворительном состоянии. При возникновении трещин в асфальтобетонном покрытии нужно принимать значение притока воды такое же, как для цементобетонного покрытия.

На основе указанного районирования, приведенного в табл. 7 и данных расчетов по формулам (10)-(17) составлена табл. 8 значений притока воды в грунт рабочего слоя земляного полотна на автомобильных дорогах во II и III дорожно-климатических зонах.

Таблица 8

№ района

Местоположение района

Приток воды (5 %-ной обеспеченности) в грунт рабочего слоя с начала осени до промерзания земляного полотна, м3 на 1 м2

На участках дорог с асфальтобетонным покрытием, находящимся в удовлетворительном состоянии

На участках дорог с цементобетонным покрытием, находящимся в удовлетворительном состоянии

1.

Дорожно-климатическая зона II1

0,015

0,015

0,065

0,015

2.

Европейская часть дорожно-климатической зоны II2

0,012

0,012

0,050

0,015

3.

Азиатская часть дорожно-климатической зоны II2 и Европейская часть III дорожно-климатической зоны

0,010

0,010

0,040

0,015

4.

Азиатская часть III дорожно-климатической зоны

0,005

0,005

0,020

0,015

Примечания. 1. При возникновении трещин в асфальтобетонном покрытии нужно принимать значение притока воды в грунт такое же, как для цементобетонного покрытия. 2. В числителе указаны значения притока воды в грунт при отсутствии дренирующего слоя в дорожной одежде, в знаменателе - то же при наличии такого слоя.

2.1.2. Влажность грунта рабочего слоя при отсутствии притока воды из существующего и вновь построенного земляного полотна

Перемещение воды в грунте происходит по капиллярной системе грунта. Эту систему можно представить состоящей из 4-х групп капилляров [3].

Для каждой группы капилляров движение воды описывается уравнением:

            (18)

                                                                                             (19)

                                                                                                       (20)

                                                 (21)

где tn - продолжительность движения воды на пучастке, с;

п - число прямолинейных участков капилляра постоянного поперечного сечения, пройденном водой;

i - индекс участка капилляра;

ΔSi - длина i-го участка капилляра, м;

αi - угол между осью по направлению движения воды на i-м участке капилляра и горизонтальным радиусом тригонометрического круга, град (знак функции sin α зависит от того, в какой четверти тригонометрического круга лежит ось по направлению движения воды; при перемещении воды вертикально вниз sin α = -1);

qк(n) - удельная движущая сила мениска на i-ом участке капилляра, Па;

Кw(n) - коэффициент просачивания воды на n-ом участке капилляра, м/с:

Кw(i) - то же на i-м участке капилляра, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2 (g = 9,8 м/с2);

ρв - плотность воды, кг/м3 (ρв = 1000 кг/м3).

Для определения продолжительности движения капиллярной воды по горизонтальному направлению используют уравнение:

                                                                      (22)

Расчет по указанным зависимостям (18)-(21) проводился с учетом выполнения следующих требований:

· продолжительность движения капиллярной воды в грунте должна быть не более продолжительности осеннего периода влагонакопления плюс предзимье (период между датами устойчивого перехода среднемесячной температуры воздуха через + 10 °С и – 5 °С):

· объем воды, который поступает в грунт на различные моменты времени, не должен превышать величину притока воды в грунт рабочего слон земляного полотна по табл. 8.

Vwqатм(пр.ч),                                                                                                    (23)

Vw = (sI + sII + sIII + sIV)(Wкв - Wопт)Ку·ρск(тах)·гр/(4·ρв),                                   (24)

где Vw - объем воды, который поступает в грунт, на рассматриваемый момент времени, м3 на 1 м2 поверхности;

sI, sII, sIII, sIV - расстояния, на которые просочилась вода в грунт на рассматриваемый момент времени соответственно в I, II, III и IV группах капилляров грунта, м.

Показатели капиллярных свойств исследуемых грунтов приведены в табл. 5. Учитывая, что при 1-м типе (схеме) увлажнения рабочего слоя земляного полотна не происходит разуплотнение грунтов в осенний период по сравнению с нормативными величинами принимаем в расчет значения показателей капиллярных свойств, соответствующих плотности грунта Ку - 0,98. В табл. 5 они даны при температуре +10 °С. Средняя температура капиллярной воды в осенний период составляет +5 °С. Поэтому необходимо внесение определенных корректив в значения показателей капиллярных свойств грунта по приведенным ниже формулам:

qк = qк(10)(1,02 - 0,002θв),                                                                                  (25)

Кw = Кw(10)(0,7 + 0,03θв),                                                                                   (26)

где qк - удельная движущая сила мениска при 10 °С, гПа;

Kw(10) - коэффициент просачивания при температуре 10 °С, м/с;

θв - температура воды в грунте, °С.

Определение эпюр влажности грунтов начинают с установления глубин просачивания воды в однородном грунте по вертикальному направлению вниз. В этом случае форм. (18) принимает следующий вид:

                                                         (27)

Значения s вычисляют для 4-х групп капилляров. Полученные значения sI, sII, sIII, и sIV сравнивают с расстоянием l от низа дорожной одежды до сечения, в котором устанавливается влажность грунта. При sI, sII, sIII, и sIV больших l все группы капилляров заполнены водой. В этом случае W = Wопт. При sI, sII, sIII, и sIV меньших значений l вода по капиллярам не достигла рассматриваемого сечения, тогда W = Wonm. При одной группе капилляров, заполненных водой, W = Wonm + (Wкв - Woпm)/4, при двух W =Woпm + (Wкв - Wonm)/2, при трех W = Wonm + 3(Wкв - Woпm)/4.

По указанной методике были проведены расчеты влажности грунта рабочего слоя при отсутствии притока воды из существующего и вновь построенного земляного полотна. Результаты расчета влажности грунта приведены в табл. 9-12.

Таблица 9

№ района

Схема увлажнения  рабочего слоя земляного полотна

Грунт

Условия отвода воды из дорожной одежды

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с асфальтобетонным покрытием, W/WL

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с цементобетонным покрытием, W/WL

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

1.

1-я схема

Песок пылеватый,

Ку = 1,0

Wопт = 0,60

Wкв = 0,65

Wкп = 0,85

Дренирующий слой отсутствует

0,65

0,65

0,65

0,65

Имеется дренирующий слой

0,65

0,65

0,65

0,65

2

1 -я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,65

0,64

0,65

0,65

Имеется дренирующий слой

0,65

0,64

0,65

0,65

3.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,65

0,62

0,65

0,65

Имеется дренирующий слой

0,65

0,62

0,65

0,65

4.

1 -я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,63

0,61

0,65

0,65

Имеется дренирующий слой

0,63

0,61

0,65

0,65

Таблица 10

№ района

Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Грунт

Условия отвода воды из дорожной одежды

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с асфальтобетонным покрытием, W/WL

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с цементобетонным покрытием W/WL

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5  м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной. 1,0 м; под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

1.

1-я схема

Супесь,

Ку = 0,98

Wопт = 0,58

Wкв = 0,66

Wкп = 0,82

Дренирующий слой отсутствует

0,65

0,63

0,66

0,66

Имеется дренирующий слой

0,65

0,63

0,65

0,63

2.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,64

0,62

0,66

0,66

Имеется дренирующий слой

0,64

0,62

0,65

0,63

3.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,64

0,61

0,66

0,65

Имеется дренирующий слой

0,64

0,61

0,65

0,63

4.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,62

0,60

0,66

0,64

Имеется дренирующий слой

0,62

0,60

0,65

0,63

Примечания: 1. Влажность грунта на границе текучести WL = 18,0 %. 2. Значения влажности грунта даны для дорог с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями, находящихся в удовлетворительном состоянии. При появлении трещин в асфальтобетонном покрытии значения влажности грунта те же, что и для цементобетонного покрытия.

Таблица 11

№ района

Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Грунт

Условия отвода воды из дорожной одежды

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с асфальтобетонным покрытием, W/WL

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с цементобетонным покрытием, W/WL

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

1.

1-я схема

Суглинок,

Ку = 0,98

Wопт = 0,55

Wкв = 0,64

Wкп = 0,72

Дренирующий слой отсутствует

0,63

0,61

0,64

0,63

Имеется дренирующий, слой

0,63

0,61

0,63

0,61

2.

1-я схема

Дренирующий: слой отсутствует

0,62

0,60

0,64

0,63

Имеется: дренирующий слой

0,62

0,60

0,63

0,61

3.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,61

0,59

0,64

0,63

Имеется дренирующий слой

0,61

0,59

0,63

0,61

4.

1 схема

Дренирующий слой отсутствует

0,60

0,59

0,63

0,62

Имеется дренирующий слой

0,60

0,59

0,63

0,61

Примечания: 1. Влажность грунта на границе текучести WL = 27,0 %. 2. Значения влажности грунта даны для дорог с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями, находящихся в удовлетворительном состоянии. При появлении трещин в асфальтобетонном покрытии значения влажности грунта те же, что и для цементобетонного покрытия.

Таблица 12

№ района

Схема увлажнения  рабочего слоя земляного полотна

Грунт

Условия отвода воды из дорожной одежды

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с асфальтобетонным покрытием, W/WL

Влажность грунта перед промерзанием на дорогах с цементобетонным покрытием, W/WL

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность, грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м под дорожной одеждой

Средняя по высоте влажность, грунта в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой

1.

1-я схема

Глина,

Ку = 0,98

Wопт = 0,49

Wкв = 0,55

Wкп = 0,58

Дренирующий слой отсутствует

0,53

0,51

0,55

0,54

Имеется дренирующий слой

0,53

0,51

0,53

0,51

2.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,52

0,50

0,55

0,54

Имеется дренирующий слой

0,52

0,50

0,53

0,51

3.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,52

0,50

0,55

0,54

Имеется дренирующий слой

0,52

0,50

0,53

0,51

4.

1-я схема

Дренирующий слой отсутствует

0,50

0,50

0,54

0,52

Имеется дренирующий слой

0,50

0,50

0,53

0,51

Примечания: 1. Влажность грунта на границе текучести WL = 37,0 %. 2. Значения влажности грунта даны для дорог с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями, находящихся в удовлетворительном состоянии. При появлении трещин в асфальтобетонном покрытии значения влажности грунта те же, что и для цементобетонного покрытия.

2.1.3. Миграция воды из существующего земляного полотна в рабочий слой на участке уширения дороги

При расчете значений влажности грунтов, приведенных в табл. 9-12, рассматривалось движение собственно капиллярной воды. После того как впитывается в грунт вся вода, объем которой определяется по форм. (24), нужно перейти к рассмотрению движения капиллярно подвешенной воды. Последняя ограничена по поверхности раздела вода - воздух менисками, кривизна которых минимальна в наиболее крупных капиллярах. В результате возникают силы, за счет которых капилляры меньших размеров высасывают воду из более крупных. Эти силы равны разности значений удельных движущих сил менисков воды в капиллярах грунта существующего земляного полотна и на участках уширения дороги. Миграция воды во вновь построенное земляное полотно происходит при наличии следующих условий:

 и ,

где WI и WII - средняя по высоте влажность грунта в слое толщиной 0,5 м соответственно под существующей дорожной одеждой и на участке уширения дороги. То же в слое толщиной 1,0 м.

Указанные условия необходимы, но недостаточны. Нужно также, чтобы

где  и  - среднее значение удельной движущей силы мениска (в Па) в грунте рабочего слоя соответственно под существующей дорожной одеждой и на участке уширения дороги.

                                                                    (28)

В основу уравнения миграции воды положена формула (22) движения капиллярной воды по горизонтальному направлению. Миграция воды из существующего земляного полотна в рабочий слой на участке уширения дороги описывается следующим уравнением:

                                               (29)

где sII - расстояние (в м) по ширине проезжей части, на которое просочилась капиллярно подвешенная вода, считая от границы между существующим и вновь возведенным земляным полотном;

tвл - продолжительность влагонакопления (в с.), равная осеннему периоду плюс предзимье;

 - продолжительность просачивания собственно капиллярной воды (в с.) в грунте;

 - среднее значение коэффициента просачивания воды в грунте (в м/с) на участке уширения дороги.

                                                                  (30)

Значения , , , ,     приведены в табл. 5 при температуре грунта +10 °С; величина  - в табл. 13

Таблица 13

Объем поступившей в грунт воды, м3 на 1 м2

Продолжительность просачивания воды (в сут.) в грунты:

Песок пылеватый, Ку = 1,0

Супесь легкая, Ку = 0,98

Суглинок легкий пылеватый, Kу = 0,98

Глина пылеватая, Ку = 0,98

0,005

<1

<1

1

2

0,010

«-»

«-»

2

6

0,012

«-»

«-»

3

8

0,015

«-»

«-»

4

11

0,020

«-»

«-»

7

19

0,040

«-»

«-»

20

70

0,050

«-»

«-»

30

90

0,065

«-»

«-»

45

>90

На участке под проезжей частью шириной sII по форм. (29) влажность грунта в слое толщиной 1 м от низа дорожной одежды равна капиллярной влагоемкости. При этом прирост влажности грунта за счет увлажнения капиллярно подвешенной водой (ΔW(+), доли единицы) составляет:

                                                                                            (31)

Расстояние sII по форм. (29) не может превышать определенной величины , которая зависит от объема капиллярной воды в слое грунта толщиной 1 м под существующей дорожной одеждой.

                                                                 (32)

где  - ширина существующей проезжей части, м. Значения W1, WIопт, КIу,  относятся к существующей дорожной конструкции; значения , ,  - относятся к дорожной конструкции на участке уширения земляного полотна.

В результате миграции капиллярно подвешенной воды из существующего земляного полотна там уменьшается влажность грунта. Величину уменьшения влажности грунта в слое толщиной 1 м под существующей дорожной одеждой определяют по формуле:

                                                                     (33)

Входящие в форм. (31) и (32) значения WI и WII даны в табл. 9-12.

Расчеты, проведенные по указанным выше формулам, позволили определить значения sII.

В табл. 14 они даны при  = 7,5 м.

Таблица 14

Откуда и куда происходит миграция капиллярно-подвешенной воды

Величина sII, м

Из песка в супесь

2,8х)

Из песка в суглинок

2,2

Из песка в глину

1,1

Из супеси в суглинок

1,8 хх)

Из супеси в глину

1,0

Из суглинка в глину

0,8

Примечания: х) - значение sII = 2,8 и относится к 1 и 2 району, в 3-м районе sII = 2,6 м, в 4-м районе sII = 1,1 м; хх) - значение sII = 1,8 м относится к 1 - 3 районам, в 4-м районе sII = 1,7 м.

С учетом указанных расстояний sII были установлены значения влажности грунтов рабочего слоя на участках существующей дорожной конструкции и на участках уширения земляного полотна. Они даны в табл. 15-19.

Таблица 15

№ района увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sII на участке уширения дороги, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке существующей дорожной конструкции

в пределах зоны sII на участке уширения

за пределами зоны sII на участке уширения

1

2

3

4

5

6

7

8

1-й район, 1-я схема увлажнения

А-2

песок

супесь

2,8

0,64

0,66

0,63

А-3

песок

суглинок

2,2

0,64

0,64

0,61

А-4

песок

глина

1,1

0,64

0,55

0,51

А-7

супесь

суглинок

1,8

0,62

0,64

0,61

А-8

супесь

глина

1,0

0,62

0,55

0,51

А-12

суглинок

глина

0,8

0,61

0,55

0,51

В-2,

С-2

песок

супесь

2,8

0,64

0,66

0,63

В-3

С-3

песок

суглинок

2,2

0,64

0,64

0,61

В-4,

С-4

песок

глина

1,1

0,64

0,55

0,51

В-7,

С-7

супесь

суглинок

1,8

0,62/0,65

0,64

0,61

В-8,

С-8

супесь

глина

1,0

0,62/0,65

0,55

0,51

В-12,

С-12

суглинок

глина

0,8

0,60/0,62

0,55

0,51

Примечание. В числителе приведены значения влажности грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

Таблица 16

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sII  на участке уширения дороги, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке существующей дорожной конструкции

в пределах зоны sII на участке уширения

за пределами зоны sII на участке уширения

1

2

3

4

5

6

7

8

2-й район, 1-я схема увлажнения

А-2

песок

супесь

2,8

0,63/0,64

0,66

0,62/0,63

А-3

песок

суглинок

2,2

0,63/0,64

0,64

0,60/0,61

А-4

песок

глина

1,1

0,63/0,64

0,55

0,50/0,51

А-7

супесь

суглинок

1,8

0,61/0,62

0,64

0,60/0,61

А-8

супесь

глина

1,0

0,61/0,62

0,55

0,50/0,51

А-12

суглинок

глина

0,8

0,59/0,60

0,55

0,50/0,51

В-2,

С-2

песок

супесь

2,8

0,63/0,64

0,66

0,62/0,63

В-3,

С-3

песок

суглинок

2,2

0,63/0,64

0,64

0,60/0,61

В-4,

С-4

песок

глина

1,1

0,63/0,64

0,55

0,50/0,51

В-7,

С-7

супесь

суглинок

1,8

0,61/0,65

0,64

0,60/0,61

В-8,

С-8

супесь

глина

1,0

0,61/0,65

0,55

0,50/0,51

В-12,

С-12

суглинок

глина

0,8

0,5910,62

0,55

0,50/0,51

Таблица 17

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sII на участке уширения дороги, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке существующей дорожной конструкции

в пределах зоны sII на участке уширения

за пределами зоны sII на участке уширении

1

2

3

4

5

6

7

8

3-й район, 1-я схема увлажнения

А-2

песок

супесь

2,6

0,61/0,64

0,66

0,61/0,63

А-3

песок

суглинок

2,2

0,61/0,64

0,64

0,59/0,61

А-4

песок

глина

1,1

0,61/0,64

0,55

0,50/0,51

А-7

супесь

суглинок

1,8

0,60/0,62

0,64

0,59/0,61

А-8

супесь

глина

1,0

0,60/0,62

0,55

0,50/0,51

А-12

суглинок

глина

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,51

В-2,

С~2

песок

супесь

2,6

0,61/0,64

0,66

0,61/0,63

В-3,

С-3

песок

суглинок

2,2

0,61/0,64

0,64

0,59/0,61

В-4,

С-4

песок

глина

1,1

0,61/0,64

0,55

0,50/0,51

В-7,

С-7

супесь

суглинок

1,8

0,60/0,64

0,64

0,59/0,61

В-8,

С-8

супесь

глина

1,0

0,60/0,64

0,55

0,50/0,51

В-12,

С-12

суглинок

глина

0,8

0,58/0,62

0,55

0,50/0,51

Таблица 18

района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sII участке уширения дороги, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения, дороги

на участке существующей дорожной конструкции

в пределах зоны sII на участке, уширения

за пределами зоны sII на участке уширения

1

2

3

4

5

6

7

8

4-й район, 1-я схема увлажнения

А-2

песок

супесь

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,63

А-3

песок

суглинок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,61

А-4

песок

глина

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,51

А-7

супесь

суглинок

1,7

0,59/0,62

0,64

0,59/0,61

А-8

супесь

глина

1,0

0,59/0,62

0,55

0,50/0,51

А-12

суглинок

глина

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,51

В-2

песок

супесь

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,63

В-3

песок

суглинок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,61

В-4

песок

глина

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,51

В-7

супесь

суглинок

1,7

0,59/0,63

0,64

0,59/0,61

В-8

супесь

глина

1,0

0,59/0,63

0,55

0,50/0,51

В-12

суглинок

глина

0,8

0,58/0,61

0,55

0,50/0,51

Таблица 19

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sII на участке уширения дороги, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой W/WL

па участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке существующей дорожной конструкции

в пределах зоны sII участке уширения

за пределами зоны sII на участке уширения

1

2

3

4

5

6

7

8

4-й район, 1-я схема увлажнения

D-2

песок

супесь

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,64

D-3

песок

суглинок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,62

D-4

песок

глина

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,52

D-7

супесь

суглинок

1,7

0,59/0,63

0,64

0,59/0,62

D-8

супесь

глина

1,0

0,59/0,63

0,55

0,50/0,52

D-12

суглинок

глина

0,8

0,59/0,62

0,55

0,50/0,52

Примечание. В числителе приведены значения влажности груша для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

2.1.4. Миграция воды из вновь возведенного земляного полотна в рабочий слой под существующей дорожной одеждой

Расчет миграции воды проводят аналогично изложенному в п. 2.1.3. Расстояние (sI, м) по ширине проезжей части, на которое просочилась капиллярно-подвешенная вода, определяют по формулам:

                                                      (34)

                                                             (35)

                                                                                             (36)

где  - ширина проезжей части (в м) на участке уширения дороги.

Аналогично определяют также величину уменьшения влажности грунта в слое толщиной 1 м на участке уширения дороги:

                                                                       (37)

Рассматриваемая миграция воды происходит в дорожных конструкциях на участках уширения дороги типа А, В, С, D, подтипа 5, 9, 10, 13, 14, 15. Для указанных конструкций были установлены значения влажности грунтов рабочего слоя по ширине проезжей части. Они даны в табл. 20-24.

Таблица 20

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sI на участке существующей дорожной конструкции, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке уширения дорожной конструкции

в пределах зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

за пределами зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

1

2

3

4

5

6

7

8

1-й район, 1-я схема увлажнения

A-5

супесь

песок

2,8

0,64

0,66

0,63

A-9

суглинок

песок

2,2

0,64

0,64

0,61

A-10

суглинок

супесь

1,8

0,62

0,64

0,61

A-13

глина

песок

1,1

0,64

0,55

0,51

A-14

глина

супесь

1,0

0,62

0,55

0,51

А-15

глина

суглинок

0,8

0,60

0,55

0,51

B-5,

C-5

супесь

песок

2,8

0,64

0,66

0,63/0,66

B-9,

C-9

суглинок

песок

2,2

0,64

0,64

0,61/0,63

B-10,

C-10

суглинок

супесь

1,8

0,62

0,64

0,61/0,63

B-13,

C-13

глина

песок

1,1

0,64

0,55

0,51/0,54

B-14,

C-14

глина

супесь

1,0

0,62

0,55

0,51/0,54

B-15,

C-15

глина

суглинок

0,8

0,60

0,55

0,51/0,54

Примечание. В числителе приведены значения влажности грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

Таблица 21

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sI на участке существующей  дорожной конструкции, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке уширения дорожной конструкции

в пределах зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

за пределами зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

1

2

3

4

5

6

7

8

2-й район, 1-я схема увлажнения

А-5

супесь

песок

2,8

0,63/0,64

0,66

0,62/0,63

А-9

суглинок

песок

2,2

0,63/0,64

0,64

0,60/0,61

А-10

суглинок

супесь

1,8

0,61/,62

0,64

0,60/0,61

А-13

глина

песок

1,1

0,63/0,64

0,55

0,50/0,51

А-14

глина

супесь

1,0

0,61/0,62

0,55

0,50/0,51

А-15

глина

суглинок

0,8

0,59/0,60

0,55

0,50/0,51

В-5,

С-5

супесь

песок

2,8

0,63/0,64

0,66

0,62/0,66

В-9,

С-9

суглинок

песок

2,2

0,63/0,64

0,64

0,60/0,63

В-10,

С-10

суглинок

супесь

1,8

0,61/0,62

0,64

0,60/0,63

В-13,

С-13

глина

песок

1,1

0,63/0,64

0,55

0,50/0,54

В-14,

С-14

глина

супесь

1,0

0,61/0,62

0,55

0,50/0,54

В-15,

С-15

глина

суглинок

0,8

0,59/0,60

0,55

0,50/0,54

Примечание. В числителе приведены значения влажности грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

Таблица 22

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sI на участке существующей дорожной конструкции, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

На участке sI уширения дорожной конструкции

в пределах зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

за пределами зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

1

2

3

4

5

6

7

8

3-й район, 1-я схема увлажнения

А-5

супесь

песок

2,6

0,61/0,64

0,66

0,61/0,63

А-9

суглинок

песок

2,2

0,61/0,64

0,64

0,59/0,61

А-10

суглинок

супесь

1,8

0,60/0,62

0,64

0,59/0,61

А-13

глина

песок

1,1

0,61/0,64

0,55

0,50/0,51

А-14

глина

супесь

1,0

0,60/0,62

0,55

0,50/0,51

А-15

глина

суглинок

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,51

В-5,

С-5

супесь

песок

2,6

0,61/0,64

0,66

0,61/0,65

В-9,

С-9

суглинок

песок

2,2

0,61/0,64

0,64

0,59/0,63

В-10,

С-10

суглинок

супесь

1,8

0,60/0,62

0,64

0,59/0,63

В-13,

С-13

глина

песок

1,1

0,61/0,64

0,55

0,50/0,54

В-14,

С-14

глина

супесь

1,0

0,60/0,62

0,55

0,50/0,54

В-15,

С-15

глина

суглинок

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,54

Примечание. В числителе приведены значения влажности грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

Таблица 23

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sI на участке существующей дорожной конструкции, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке уширения дорожной конструкции

в пределах зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

за пределами зоны sI1 на участке существующей дорожной конструкции

1

2

3

4

5

6

7

8

4-й район, 1 -я схема увлажнения

А-5

супесь

песок

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,63

А-9

суглинок

песок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,61

А-10

суглинок

супесь

1,7

0,59/0,62

0,64

0,59/0,61

А-13

глина

песок

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,51

А-14

глина

супесь

1,0

0,59/0,62

0,55

0,50/0,51

А-15

глина

суглинок

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,51

В-5

супесь

песок

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,64

В-9

суглинок

песок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,62

В-10

суглинок

супесь

1,7

0,59/0,62

0,64

0,59/0,62

В-13

глина

песок

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,52

В-14

глина

супесь

1,0

0,59/0,62

0,55

0,50/0,52

В-15

глина

суглинок

0,8

0,58/0,60

0,55

0,50/0,52

Примечание. В числителе приведены асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - значения влажности грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

Таблица 24

№ района и схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Ширина зоны sI на участке существующей дорожной конструкции, м

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1,0 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дороги

на участке уширения дорожной конструкции

в пределах зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

за пределами зоны sI на участке существующей дорожной конструкции

1

2

3

4

5

6

7

8

4-й район, 1-я схема увлажнения

D-5

супесь

песок

1,1

0,60/0,64

0,66

0,60/0,64

D-9

суглинок

песок

2,2

0,60/0,64

0,64

0,59/0,62

D-10

суглинок

супесь

1,7

0,59/0,63

0,64

0,59/0,62

D-13

глина

песок

1,1

0,60/0,64

0,55

0,50/0,52

D-14

глина

супесь

1,0

0,59/0,63

0,55

0,50/0,52

D-15

глина

суглинок

0,8

0,58/0,61

0,55

0,50/0,52

Примечание. В числителе приведены значения влажности, грунта для дорог с асфальтобетонным покрытием, в знаменателе - для дорог с цементобетонным покрытием.

2.2. Прогноз влажности грунтов при 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

К указанному типу увлажнения относятся участки дорог, на которых основными источниками увлажнения грунтов под дорожной одеждой являются атмосферные осадки плюс поверхностные воды, застаивающиеся вблизи дороги в осенний и весенний периоды года. Такие участки характеризуются следующими показателями: поверхностный сток на местности не обеспечен, в выемке продольный уклон дороги менее 20 ‰ поверхностные воды замерзают в зимний период, а подземные воды находятся на "безопасной" глубине (см. ниже).

2.2.1. Условия поступления поверхностных вод в рабочий слой под дорожной одеждой проезжей части

Рассматривается двухслойное земляное полотно, состоящее из рабочего слоя и нижележащего грунта естественного основания. Толщина рабочего слоя 0,5 и 1,0 м от низа дорожной одежды. Коэффициент уплотнения грунта ненарушенной структуры составляет 0,90-0,95.

В пределах проезжей части поверхностные воды поступают в рабочие слой в капиллярно подвешенном виде. Для того чтобы это произошло необходимо наличие следующих условий:

0 < lур < lб.ур и

или lур = 0

где lур - расстояние от уреза воды на поверхности земли до подошвы насыпи, м;

lб.ур - безопасное расстояние от уреза воды на поверхности земли и подошвы насыпи, м (табл. 25);

 - среднее значение удельной движущей силы мениска воды; (в Па), в грунте рабочего слоя (форм. 28);

 - среднее значение удельной движущей силы мениска воды (в Па) в грунте с ненарушенной структурой под рабочим слоем (форм. 28).

Таблица 25

Наименование грунта по СНиП 2.0502-85

Число пластичности грунта

«Безопасное» расстояние, от уреза воды на поверхности земли до подошвы насыпи, м

Супесь легкая

1

10

Супесь пылеватая

3

9

Супесь тяжелая пылеватая

5

7

7

5

Суглинок легкий, суглинок легкий пылеватый

7,1-12

5

Суглинок тяжелый

12,1-17

5

Суглинок тяжелый пылеватый

12,1-17

4

17,1-27

4

Глина песчанистая

17,1-27

3

Глина пылеватая

Более 27

2

Глина жирная

 

 

Примечания. 1: Настоящая таблица действительна при условии отсутствия воды на поверхности земли в течение не менее 2/3 продолжительности теплого периода года в дорожно-климатических подзонах I1 и II1; не менее 1/2 - в подзоне II2 и не менее 1/3 - в зоне III. 2. Указанные значения «безопасных» расстояний, при которых поверхностные воды не оказывают существенного влияния на влажность грунтов рабочего слоя земляного полотна, действительны при высоте насыпи не более 1,5 м. При высоте насыпи более 1,5 м следует определять величину «безопасного» расстояния согласно Пособию к СНиП 2.05.01-85. 3. При наличии на полосе обреза дороги грунтов нескольких разновидностей (в слое толщиной 3 м) в расчет следует принимать наибольшую величину «безопасного» расстояния.

В случае поступления поверхностных вод в рабочий слой влажность грунта под дорожной одеждой достигает капиллярной влагоемкости в период перед промерзанием земляного полотна. Величина капиллярной влагоемкости определяется по форм. (3) при плотности скелета грунта в расчетные годы.

2.2.2. Значения коэффициента уплотнения грунта в расчетные годы

Указанные величины определялись по графикам на рис. 9 и 12 и форм. (1). Полученные значения представлены в табл. 26. Они применимы во всех 4-х районах (форм. (1). Погодио-климатические и грунтово-гидрологические условия в этих районах оказывают влияние только на сроки разуплотнения грунта и установления «бытовой» плотности.

Таблица 26

Расчетный год

Грунт

Коэффициент уплотнения грунта

существующего земляного полотна

вновь возведенного земляного полотна

1

песок

1,0

1,0

супесь

0,97/0,98

0,98

суглинок

0,92/0,97

0,98

глина

0,90/0,95

0,98

2.

песок

1,0

1,0

супесь

0,97/0,98

0,97

суглинок

0,92/0,97

0,95

глина

0,90/0,95

0,90

3.

песок

1,0

1,0

супесь

0,97/0,98

0,97/0,98

суглинок

0,92/0,97

0,92/0,97

глина

0,90/0,95

0,90/0,95

Примечание. В числителе приведены значения коэффициента уплотнения при давлении на грунт от веса дорожной одежды равном 10 кПа, в знаменателе - при давлении 25кПа.

2.2.3. Эпюры влажности грунтов перед промерзанием в расчетные годы

Значения влажности грунтов рабочего слоя в случае поступления в этот слой поверхностных вод представлены в табл. 27.

При lур > lб.ур или  <  влажность грунта рабочего слоя определяется только атмосферными осадками. Величина этой влажности представлена в табл. 9-12, 15-24.

Таблица 27

Тип и подтип уширения дороги

Грунты

Расчетный год

Влажность грунта перед промерзанием в слое толщиной 1 м под дорожной одеждой, W/WL

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дорожной конструкции

на участке существующей дорожной конструкции

на участке уширения дорожной конструкции

А-1

песок

песок

1

0,65

0,65

В-1

2

0,65

0,65

С-1

3

0,65

0,65

D-1

А-2

песок

супесь

1

0,65

0,66

В-2

2

0,65

0,69

С-2

3

0,65

0,69/0,66

D-2

А-3

песок

суглинок

1

0,65

0,64

В-3

2

0,65

0,68

С-3

3

0,65

0,72/0,65

D-3

А-4

песок

глина

1

0,65

0,55

В-4

2

0,65

0,63

С-4

3

0,65

0,63/0,58

D-4

А-5

супесь

песок

1

0,69/0,66

0,65

В-5

2

0,69/0,66

0,65

С-5

3

0,69/0,66

0,65

D-5

А-6

супесь

супесь

1

0,69/0,66

0,69/0,66

В-6

2

0,69/0,66

0,69/0,66

С-6

3

0,69/0,66

0,69/0,66

D-6

А-7

супесь

суглинок

1

0,69/0,66

0,64

В-7

2

0,69/0,66

0,68

С-7

3

0,69/0,66

0,72/0,65

D-7

А-8

супесь

глина

1

0,69/0,66

0,55

В-8

2

0,69/0,66

0,63

С-8

3

0,69/0,66

0,63/0,58

D-8

А-9

суглинок

песок

1

0,72/0,65

0,65

В-9

2

0,72/0,65

0,65

С-9

3

0,72/0,65

0,65

D-9

А-10

суглинок

супесь

1

0,72/0,65

0,66

В-10

2

0,72/0,65

0,69

С-10

3

0,72/0,65

0,69/0,66

D-10

А-11

суглинок

суглинок

1

0,72/0,65

0,64

В-11

2

0,72/0,65

0,68

С-11

3

0,72/0,65

0,72/0,65

D-11

А-12

суглинок

глина

1

0,72/0,65

0,55

В-12

2

0,72/0,65

0,63

С-12

3

0,72/0,65

0,63/0,58

D-12

А-13

глина

песок

1

0,63/0,58

0,65

В-13

2

0,63/0,58

0,65

С-13

3

0,63/0,58

0,65

D-13

А-14

глина

супесь

1

0,63/0,58

0,66

В-14

2

0,63/0,58

0,69

С-14

3

0,63/0,58

0,69/0,66

D-14

А-15

глина

суглинок

1

0,63/0,58

0,64

В-15

2

0,63/0,58

0,68

С-15

3

0,63/0,58

0,72/0,65

D-15

А-16

глина

глина

1

0,63/0,58

0,55

В-16

2

0,63/0,58

0,63

С-16

3

0,63/0,58

0,63/0,58

D-16

Примечание. В числителе приведены значения влажности грунта при давлении на грунт от веса дорожной одежды равном 3 0 кПа, в знаменателе - при давлении 25 кПа.

2.3. Прогноз влажности грунтов при 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

К указанному типу увлажнения относятся участки дорог, на которых основными источниками увлажнения грунтов под дорожной одеждой являются атмосферные осадки плюс подземные воды или атмосферные осадки плюс поверхностные воды у подошвы насыпи, которые не замерзают зимой.

2.3.1. «Безопасная» глубина залегания подземных вод

При расстоянии от верха покрытия дорожной одежды до глубины залегания подземных вод более некоторой величины не происходит поступления этих вод в рабочий слой земляного полотна. Указанная величина называется «безопасной» глубиной залегания подземных вод. Ее определяют исходя из условия недопущения поступления подземных вод в слой грунта под дорожной одеждой до глубины 1,5 м от верха покрытия.

«Безопасную» глубину залегания подземных вод в осенний период (Нб.ур(ос), м) определяют по формулам:

Нб.ур(ос) = 1,5 + hк;                                                                                              (38)

                                                              (39)

где hк - высота капиллярного поднятия воды в грунте с ненарушенной' структурой, м;

1,01 - значение, вычисленное по форм. (25) при температуре 5 °С;

, , , ,- движущие силы менисков воды (в Па) при температуре 10 °С в грунте с ненарушенной структурой (табл. 5).

Расчеты, проведенные по форм. (38) и (39) позволили получить значения «безопасной» глубины залегания подземных вод перед промерзанием; земляного полотна. Они представлены в табл. 28.

Таблица 28

Грунт

Число пластичности

«Безопасная» глубина залегания подземных вод (в м) от верха покрытия дорожной одежды

Песок пылеватый

-

2,00

Супеси легкие крупные и легкие, супеси пылеватые и тяжелые пылеватые

1

2,00/2,05

4

2,45/2,50

7

2,85/2,05

Суглинки легкие и пылеватые

10

3,35/3,45

12

3,80/3,95

Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые

14

4,20/4,35

17

4,70/4,85

Примечание. В числителе указаны значения «безопасной» глубины залегания подземных вод в грунтах, коэффициент уплотнения которых равен 0,90; в знаменателе «безопасные» глубины при коэффициенте уплотнения 0,95.

2.3.2. Эпюры влажности грунтов перед промерзанием в расчетные годы

При расстоянии от верха покрытия дорожной одежды до уровня подъемных вод менее «безопасной» глубины залегания по табл. 28 происходит поступление этих вод в рабочий слой земляного полотна. В этом случае влажность грунта под дорожной одеждой достигает капиллярной влагоемкости. Последняя величина определяется по форм. (3) при коэффициенте уплотнения грунта в расчетные годы (табл. 26).

В табл. 27 указаны значения влажности грунта перед промерзанием при 2-м типе (схеме) увлажнения рабочего слоя. Те же значения получены и при 3-м типе увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

При расстоянии от верха покрытия дорожной одежды до уровня подъемных вод более «безопасной» глубины залегания по табл. 28 влажность грунта рабочего слоя определяется только атмосферными осадками. Величина этой влажности представлена в табл. 9-12, 15-24.

Согласно ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», табл. П.2.5 модуль упругости грунта является функцией относительной влажности W/WL. Это позволило перейти от полученных, эпюр влажности грунтов к эпюрам модуля упругости грунтов перед промерзанием земляного полотна. Указанные эпюры представлены на рис. 1. Ниже будет показано, как влияет влажность грунта на другие показатели земляного полотна.

Рис. 1. Эпюры модуля упругости грунтов перед промерзанием земляного полотна. 1 - первый расчетный год, 2 - второй расчетный год, 3 - третий расчетный год.

 - эпюра модуля упругости грунтов существующей дорожной конструкции;  - то же на участке уширения дороги.

3. Прогноз плотности и влажности грунтов и их пучения в зимний период

3.1. Температурное поле земляного полотна

Для прогноза плотности и влажности грунтов и их пучения необходимо знать значения следующих характеристик температурного поля:

● температуры льдообразования (θл.обр, °С);

● минимальной температуры грунта под дорожной одеждой (θmin(о) °C);

● температуры, соответствующей точке «а» на кривой содержания незамерзшей воды в грунте (θа, °С);

● температуры, соответствующей точке «б» на кривой содержания незамерзшей воды в грунте (θб, °С);

● глубины промерзания земляного полотна от низа дорожной одежды за зиму (hпр, м);

● расстояния от низа дорожной одежды до точки в земляном полотне с температурой θа (Za, м);

● расстояния от низа дорожной одежды до точки в земляном полотне с температурой θб (Zб, м);

● продолжительность периода понижения температуры грунта под дорожной одеждой от θл.обр до θmin(о) (tпон(о), сут);

● продолжительность периода от начала зимы до перехода температуры грунта под дорожной одеждой через значение, равное θл.обр (tзап(o), сут);

● продолжительность периода от начала зимы до момента промерзания грунта на глубину Zпр *hnp (tзап, сут);

● среднюю скорость промерзания грунта (vпр, м/с).

* На глубине Zпр температура грунта равна θл.обр.

Установлена зависимость указанных характеристик температурного поля от следующих величин:

● глубины промерзания эталонного грунта при отсутствии дорожной одежды (апр, м);

● минимальной температуры на кривой хода среднесуточной температуры воздуха, приведенной к поверхности покрытия (атемп, °С);

● продолжительности периода от начала зимы** до установления температуры атемппон, сут);

● продолжительности периода от начала зимы до прекращения промерзания земляного полотна зап, сут);

● термического сопротивления дорожной одежды, при котором не происходит промерзание земляного полотна (Rод(max), м2 К/Вт);

● коэффициента теплопроводности мерзлого грунта (λгр(м), Вт/(м2К) и количества замерзшей там воды (iзм, доли единицы).

** За начало зимы принята дата устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 °С и период ее понижения.

Проведено районирование территории по величине атемп, апон, азап, апр, Roд(max) (рис. 2, табл. 29).

Расчет температурного поля проводят в следующей последовательности. Определяют значения:

Roд - по форм. 7-9, включая в расчет величину λод по табл. 30;

λгр(м) - по табл. 31; iзм - по форм. 40-41;

θл.обр - по табл. 32;

Roд(mах) и атемп - по рис. 2 и табл. 29.

θmin(о) - по рис. 3; апр - по рис. 2 и табл. 29;

hпр - по форм 42 с учетом рис. 7 и 8;

апон - по рис. 2и табл. 29; tnонl(o) - по рис. 6;

азап - по рис. 2 и табл. 29;

tзап(o) - по форм. 43 с учетом рис. 7;

tзan -по форм. 43*; θа и θб-по табл. 32;

Zа и Zб - по форм 44; vпр - по форм 45.

Рис. 2. Карта с изолиниями равных значений климатических параметров, характеризующих условия промерзания грунта.

I - Х - номера изолиний; 1- граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - тоже островного (глубиной до 25 м); 3 - северный полярный круг.

Таблица 29

Номера изолиний климатических параметров (рис. 2)

Характеристика зимы по сумме отрицательных градусо-суток

Климатические параметры, характеризующие условия промерзания грунта

атемп °С

апон, сут.

азап, сут.

апр, м

Roд(mах), м2 К/Вт

1

2

3

4

5

6

7

X

Холодная

29,0

145

200

0,95

3,25

Среднемноголетняя

24,0

125

170

0,85

2,75

Теплая

17,5

100

140

0,75

2,10

IX

Холодная

27,0

135

190

0,90

3,05

Среднемноголетняя

20,5

110

155

0,80

2,40

Теплая

16,5

95

135

0,70

1,95

VIII

Холодная

25,5

130

180

0,90

2,90

Среднемноголетняя

16,5

95

135

0,70

1,95

Теплая

13,0

80

115

0,60

1,60

VII

Холодная

23,0

120

165

0,85

2,65

Среднемноголетняя

15,0

85

125

0,65

1,80

Теплая

9,5

70

100

0,50

1,25

VI

Холодная

20,5

110

155

0,80

2,40

Среднемноголетняя

13,0

80

115

0,60

1,60

Теплая

8,0

65

90

0,40

1,05

V

Холодная

18,5

105

145

0,75

2,20

Среднемноголетняя

9,5

70

100

0,50

1,25

Теплая

6,5

60

85

0,35

0,85

IV

Холодная

16,5

95

135

0,70

1,95

Среднемноголетняя

8,0

65

95

0,45

1,10

Теплая

4,0

45

75

0,30

0,50

III

Холодная

13,5

85

115

0,65

1,65

Среднемноголетняя

6,0

55

80

0,35

0,80

Теплая

3,0

40

60

0,20

0,40

II

Холодная

11,0

75

105

0,55

1,40

Среднемноголетняя

4,0

45

70

0,30

0,50

Теплая

2,5

35

50

0,15

0,30

I

Холодная

8,0

65

90

0,40

1,05

Среднемноголетняя

3,0

40

60

0,20

0,40

Теплая

2,0

20

40

0,10

0,20

Таблица 30

Материал

Плотность, кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)

Цементобетон

2400

1,74

Асфальтобетон:

 

 

горячий плотный

2400

1,40

пористый

2300

1,25

высокопористый, в том числе битумно-песчаная смесь (ГОСТ 9128-84)

1900-2200

1,00-1,10

Одномерный гранитный щебень, обработанный вязким битумом

1850

1,28

Слабопрочные известняки, укрепленные известью

2000

1,16

Керамзитовый гравий, обработанный вязким битумом

1100-1450

0,64-0,93

Аглопоритовый щебень, обработанный вязким битумом

800

0,23

Аглопорит, укрепленный цементом (аглопоритовый щебень - 45 %, аглопоритовый песок - 45 %, цемент - 10 %, вода – 10 %)

1540

0,35

Керамзитобетон

1400

0,75

Шлакобетон

1600

0,58

Стиропорбетон на щебне из отходов жестких пенопластов

800-1400

0,20-0,50

Каменноугольная золошлаковая смесь, укрепленная 6-8 % цемента

1600

0,70

Пенопласт:

 

 

из полистирола ПС-4-60

60

0,05

«Стайрофоум»

40

0,03

Песок, укрепленный:

 

 

6-10 % цемента, разномерный

2100

1,86

10 % цемента, мелкий одномерный

2100

1,62

Супесь укрепленная:

 

 

10 % битумной эмульсией

1800

1,45

8-10 % цемента

1800

1,51

Суглинок укрепленный:

 

 

6-12 % цемента

1850

1,45

2-6 % цемента и 6-2 % извести

1850

1,33

Щебень:

 

 

из гранита

1800

1,86

из известняка

1600

1,39

Гравий

1800

1,86

Гравийно-песчаная смесь

2000

2,10

Рис. 3. Номограмма для определения минимальной температуры грунта под дорожной одеждой.

Рис. 4. Номограмма для определения параметра Слр.

Рис. 5. Номограмма для определения параметров Апр и Впр

Рис. 6. Номограмма для определения продолжительности периода понижения температуру грунта.

Рис. 7. Номограмма для определения продолжительности периода запаздывания температуры грунта.

Wнз = Kнз·Wр;                                                                                                      (40)

где Wнз - содержание незамерзшей воды в грунте, доли единицы;

Кнз - коэффициент, зависящий от разновидности грунта, числа пластичности и температуры мерзлого грунта;

Wp - влажность грунта на границе раскатывания, доли единицы.

Можно принять: Кнз = 0 для песка и супеси с числом пластичности 2 и менее; Кнз = 0,25 для остальных разновидностей супеси; Кнз = 0,4 для суглинков с числом пластичности не более 12; Кнз - 0,45 с числом пластичности более 12; Кнз = 0,55 для глин:

Таблица 31

Плотность скелета грунта, кг/м3

Влажность грунта, доли единицы

Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К), мерзлых

песков

супесей

суглинков и глин

1000

0,60

-

2,04

1,92

1200

0,40

-

1,92

1,80

1400

0,35

-

1,86

1,69

0,30

-

1,80

1,57

0,25

2,15

1,69

1,51

0,20

1,86

1,51

1,22

0,15

1,63

1,28

0,99

0,10

1,28

1,05

0,76

0,05

0,81

0,70

0,52

1600

0,30

-

1,98

1,80

0,25

2,73

1,92

1,69

0,20

2,38

1,74

1,51

0,15

2,04

1,57

1,22

0,10

1,63

1,28

0,93

0,05

1,10

0,87

0,64

1800

0,20

2,85

1,98

1,80

0,15

2,62

1,80

1,57

0,10

2,21

1,57

1,22

0,05

1,51

0,99

0,76

2000

0,10

2,90

1,86

1,39

0,05

2,15

-

-

iзм = (W0 - Wнз)ρск(0)/ρв;                                                                                       (41)

где iзм - количество замерзшей воды, доли единицы;

W0 - влажность грунта перед промерзанием, доли единицы;

ρск(0) - плотность скелета грунта перед промерзанием; кг/м3;

ρв - плотность воды, кг/м3 (ρв = 1000 кг/м3).

Таблица 32

Оптимальная влажность грунта, %

Температура льдообразования при оптимальной влажности грунта θл.обр -°С

Температура грунта и соответствующее ей содержание незамерзшей воды в грунте для точек

а

б

θа -°С

Wнз, %

θб, -°С

Wm(б), %

Песок мелкий и пылеватый

8

0

0,3

3,5

0,5

2

10

0

0,3

4,5

0,5

3

12

0

0,3

6

0,5

4

Супесь

10

0,1

0,3

6

0,5

5

12

0,1

0,3

7

0,5

6

14

0,1

0,3

8,5

0,5

7

16

0,1

0,3

9,5

0,5

8

18

0,1

0,3

10,5

0,5

9

Суглинок

14

0,1/0,3

0,3/0,5

10/10,5

0,5/1

9/9

16

0,1/0,3

0,3/0,5

12/12,5

0,5/1

11/11

18

0,1/0,3

0,3/0,5

13,5/14,5

0,5/1

12,5/12,5

20

0,1/0,3

0,3/0,5

15,5/16,5

0,5/1

14,5/14,5

22

0,1/0,3

0,3/0,5

17/18

0,5/1

15,5/15,5

Глина

18

0,6

1,5

14

2

12,5

20

0,6

15

16

2

13,5

22

0,7

1,5

17,5

2

15,5

24

0,8

1,5

19,5

2

17

26

0,9

1,5

21,5

2

19

28

0,9

1,5

23,5

2

20

Примечание. Перед чертой приведены показатели для суглинка с числом пластичности 12 и менее; после черты - с числом пластичности более 12.

hпр = агод·апр·Спр·Апр·Впрλгр(м);                                                                             (42)

где агод - поправочный коэффициент, учитывающий повторяемость глубины hпр, мК/Вт;

Для среднемноголетней зимы по сумме отрицательных градусо-суток агод = 0,7 мК/Вт

Для холодной зимы повторяемостью 1 раз в 20 лег агод = 0,8 мК/Вт.

Для теплой зимы повторяемостью 1 раз в 20 лет агод = 0,6 мК/Вт.

tзап(0) = азап[Азап·Взап + 1,01·tпон(0) θл.обр/(θmin(о) - θл.обр)];                                     (43)

tзап = tзап(0) + (Zпр/hпр)(азап -  tзап(0));                                                                    (43*)

где Zпр - глубина промерзания грунта на различные моменты времени, м (Zпр < hпр).

Значение глубины Znp принимают равным расстоянию от низа дорожной одежды до середины каждого слоя грунта в зоне промерзания. Для каждого такого слоя определяют значения глубин, на которых температура грунта равна θл.обр, θа и θб на один и тот же момент времени:

                                                          (44)

Температуре θ-θл.обр соответствует глубина Zпр, температуре θ-θа - глубина Zа и температуре θ = θб - глубина Zб. Среднюю скорость промерзания грунта вычисляют по формуле:

vпр = hпр/(азап - tзап(0));                                                                                        (45)

В основу районирования (рис. 2) положены значения глубины промерзания грунтов в среднемноголетнюю зиму. В частности, проводился расчет глубины промерзания глинистых грунтов, коэффициент уплотнения которых был равен 0,90 и 0,95, а влажность была равна капиллярной влагоемкости. Соответствующие этим показателям значения коэффициента теплопроводности и количества замерзшей воды для рассматриваемых грунтов, упомянутых ниже, следующие:

Для супеси:           λгр(м) = 1,75 Вт/(мК) и iзм = 0,20 при Ку = 0,90

λгр(м) = 1,78 Вт/(мК) и iзм = 0,17 при Ку = 0,95

Для суглинка:       λгр(м) = 1,52 Вт/(мК) и iзм = 0,20 при Ку = 0,90

λгр(м) = 1,57 Вт/(мК) и iзм = 0,18 при Ку = 0,95

Для глины:            λгр(м) = 1,63 Вт/(мК) и iзм = 0,20 при Ку = 0,90

λгр(м) = 1,49 Вт/(мК) и iзм = 0,18 при Ку = 0,95

Расчет глубины промерзания проводился для условий открытого поля при отсутствии дорожной одежды (Roд = 0). В этом случае температура θmin(0) = атемп и Апр - 1,0.

Результаты расчетов глубины промерзания грунтов в условиях открытого поля приведены в табл. 33 для среднемноголетней зимы.

Таблица 33

№ изолинии (рис. 5)

Глубина промерзания в м. в условиях открытого поля в грунтах:

Супесь

Суглинок

Глина

X

2,70/2,95

2,35/2,50

2,40/2,40

IX

2,55/2,80

2,20/2,35

2,20/2,20

VIII

2,20/2,45

1,95/2,05

2,00/1,90

VII

2,05/2,25

1,80/1,90

1,80/1,75

VI

1,90/2,10

1,65/1,80

1,65/1,60

V

1,60/1,75

1,35/1,45

1,35/1,35

IV

1,40/1,55

1,20/1,30

1,15/1,10

III

1,10/1,20

0,95/1,00

1,10/0,85

II

0,95/1,00

0,80/0,85

0,80/0,65

I

0,60/0,65

0,55/0,60

0,40/0,40

Примечания. 1. В таблице приведены значения глубины промерзания грунтов в среднемноголетнюю зиму. 2. В числителе приведены значения hпр при Ку - 0,90, в знаменателе -  при Ку = 0,95

Перейдем теперь к расчету глубины промерзания грунтов на дорогах. В частности, проведен такой расчет для дороги, расположенной в районе г. Москвы. На этой дороге будет проведено уширение земляного полотна. Существующее земляное полотно из глины, на участке уширения дороги будет супесь. Дорожная конструкция соответствует типу А-14 (см. табл. 1 и 2), дорога проходит по местности с необеспеченным поверхностным стоком. Увлажнение рабочего слоя земляного полотна относится ко 2-му типу. Толщина дорожной одежды 0,5 метров. Давление на грунт от веса дорожной одежды составляет 10 кПа. Термическое сопротивление дорожной одежды Roд = 0,3 м2К/Вт.

Глубину промерзания грунта определяли для 1 -го года после устройства уширения дороги. Для этого года коэффициент уплотнения грунтов перед промерзанием определяли по табл. 26. Для существующего земляного полотна Ку = 0,90, для вновь возводимого Ку = 0,98. Относительная влажность грунтов по табл. 27 составила 0,63 для глины и 0,66 для супеси. Для упомянутых грунтов значения плотности и влажности грунтов перед промерзанием соответственно составили: для супеси ρск = 1910 кг/м3, W = 1,9 %; для глины ρск = 1575 кг/м3, W = 23,4 %.

Согласно карте на рис. 2 около г. Москвы проходит изолиния под номером V. Поэтому в расчет вводили значения климатических параметров, приведенных в табл. 29, для этой изолинии. Результаты расчета глубины промерзания грунтов показаны на рис. 8. Они даны от низа дорожной одежды.

Рис. 8. Значения глубин промерзания существующего земляного полотна и на участке уширения дороги.

 - существующее земляное полотно из глины;

 - земляное полотно из супеси на участке уширения дороги.

Настоящие расчеты температурного поля проводились без учета тепломассопереноса. Как это учитывать, будет показано ниже. Для этого нужно будет установить величину изменения плотности грунтов в зоне промерзания и определить дополнительный объем воды, поступающей в эту зону в зимний период.

Анализ показывает, что разница в расчетах глубины промерзания грунтов, проведенных с учетом и без учета тепломассопереноса, обычно не превышает 10 % при 1-ой и 2-ой схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

3.2. Влажность грунтов в зимний период на участках промерзания рабочего слоя земляного полотна

3.2.1. Расчетные зависимости

При расчете последовательно определяют.

1. Влажность грунтов перед промерзанием согласно изложенному в п. 2.1-2.3.

2. Температурное поле земляного полотна в зимний период согласно изложенному в п. 3.1.

3. Среднюю скорость промерзания грунта по данным расчета температурного поля (формула 45).

4. Значения температур θа, θб и соответствующее им содержание незамерзшей воды в грунте Wнз(a) > Wнз(б) (табл. 32).

5. Значения глубин, на которых температура грунта равна θл.обр, θа и θб на один и тот же момент времени. Расчет проводят по форм. 44 для каждой разновидности грунта в зоне промерзания.

6. Значения градиентов незамерзшей воды на глубине промерзания Iнз(0) для каждой разновидности грунта. Расчет проводят по формуле:

                          (46)

где Wнз(а), Wнз(б)  - содержание незамерзшей воды соответственно на глубине.

zа и zб, доли единицы;

zпр - глубина промерзания на рассматриваемый момент, м.;

ρск(t) - плотность скелета грунта в зоне промерзания на рассматриваемый момент, кг/м3;

 - объем грунта, м3 ( - 1 м3).

7. Коэффициент пучения грунта (Кпуч), под которым понимают интенсивность пучения водонасыщенного грунта без нагрузки при градиенте незамерзшей пленочной воды равном единице (3). Величину этого коэффициента определяют по графику на рис. 9.

Рис. 9. Значения коэффициентов пучения грунтов в зависимости от их коэффициентов уплотнения:

1-а - мелкий песок; 1-б - пылевой песок; II - пылевая супесь; III -легкий пылеватый суглинок; IV-легкая пылевая глина.

1-5 - число (количество) циклов промерзания-оттаивания.

По кривой для пылеватой супеси можно принимать с запасом значения коэффициента пучения грунта для других разновидностей супеси, то же для суглинков и глин.

8. Влияние нагрузки на пучение грунта (φ(р)).

φ(р) = 1 - аnlg(1 + p/p0);                                                                                     (47)

где ап - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на пучение грунта;

р - нагрузка на зону пучения грунта от веса дорожной одежды и слоев грунта до половины глубины промерзания земляного полотна, кПа;

р0 - нагрузка на грунт, при которой устанавливается значение коэффициента ап. Величину р0 принимают равной 9,8 кПа.

Таблица 34

Грунт

ап при коэффициенте уплотнения грунта перед промерзанием

0,80

0,85

0,90

0,95

1,0

Песок

 

 

 

 

 

мелкий

-

-

-

-

1,5

пылеватый

-

-

-

-

1,0

Супесь

-

-

1,2

1,0

0,5

Суглинок

-

1,0

0,8

0,6

0,4

Глина

0,6

0,5

0,4

0,4

0,3

9. Расход пленочной воды, поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью более оптимальной (, м3/с).

                                                                            (48)

где  - площадь поперечного сечения грунта, м2 ( = 1 м2).

10. Среднее значение расхода капиллярно подвешенной воды, которая может поступить к границе промерзания грунта (, м3/с) на участках 1-го и 2-го типа (схемы) увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Источниками питания собственно капиллярной воды являются поверхностные и грунтовые воды, а также верховодка. При устранении этих источников собственно капиллярная вода превращается в капиллярно подвешенную воду. Последняя ограничена по поверхности раздела вода-воздух менисками, кривизна которых минимальна в наиболее крупных капиллярах. В результате возникают силы, за счет которых капилляры меньших размеров высасывают воду из более крупных. Эти силы равны разности значений удельных движущих сил менисков данной группы капилляров и группы с минимальным значением. Учитываются только те капилляры, которые заполнены водой. При четырех заполненных водой группах капилляров:

;                                                                     (49)

При трех группах qmin =  и т.д.

Температуру капиллярной воды, поступающей к границе промерзания грунта, можно принять равной 0 °С. При этой температуре нужно определять по форм. (25) значения  , ,  и .

При W0 > (3Wкв + Wопт)/4

       (50)

При (3Wкв + Wопт)/4 ≥ W0 > (Wкв + Wопт)/2

                  (51)

При (Wкв + Wопт)/2 ≥ W0 > (Wкв + 3Wопт)/4

                                              (52)

где W0 - начальная влажность грунта под границей промерзания, доли единицы;

Wкв - капиллярная влагоемкость грунта, доли единицы;

, , - коэффициент просачивания воды соответственно в I, II и III группах капилляров грунта, м/с;

, ,  - удельные движущие силы менисков воды соответственно в I, II и III группах капилляров грунта с капиллярно подвешенной водой, Па;

z1 - среднее расстояние, на которое перемещается капиллярно подвешенная вода за период промерзания слоя земляного полотна, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Значения , , и  нужно определять по форм. (26) при температуре 0 °С. Величину z1 принимают равной расстоянию от середины слоя грунта под дорожной одеждой до границы промерзания земляного полотна за зиму.

11. Среднее значение расхода собственно капиллярной воды, которая может поступить к границе промерзания грунта (, м3/с) на участке 3-го типа (схемы) увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

    (53)

где z2 - среднее расстояние, на которое перемещается собственно капиллярная вода за период промерзания слоя земляного полотна, м.

Значение z2 принимают равным расстоянию от середины мерзлого слоя грунта до среднего положения горизонта грунтовых вод или верховодки в зимний период.

Для двухслойного грунта, состоящего из грунта рабочего слоя и нижележащего грунта с ненарушенной структурой и влажностью, равной капиллярной влагоемкости:

                                                        (54)

                                                        (55)

                                                       (56)

                                                        (57)

где  - расстояние от границы рабочего слоя до среднего положения горизонта грунтовых вод в зимний период, м.

Показатели капиллярных свойств грунта , , , ,     относятся к рабочему слою,     - к грунту с ненарушенной структурой:

В зависимости от начальной влажности грунта ряд значений в формуле (53) принимают равным нулю.

При (3Wкв + Wопт)/4 ≥ W0 > (Wкв + Wопт)/2

При (Wкв + Wопт)/2 ≥ W0 > (Wкв + 3Wопт)/4

При(Wкв + 3Wопт)/4 ≥ W0 > 3Wопт

12. Значения влажности грунта под границей промерзания после оттока пленочной воды из талого грунта в мерзлый слой (; доли единицы)

                                                                            (58)

где W0 - начальная влажность грунта под границей промерзания, доли единицы;

 - расход пленочной воды, поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью более оптимальной, м3/с;

 - среднее для слоя земляного полотна значение расхода капиллярной воды, которая может подступить к границе промерзания грунта, м/с;

ρв - плотность воды, кг/м3;

ρск(0) - начальная плотность скелета грунта под границей промерзания, кг/м3;

 - площадь поперечного сечения грунта, м2 ( > = 1 м2);

vnp - скорость промерзания грунта, м/с.

13. Значения плотности скелета грунта под границей промерзания после оттока пленочной воды в мерзлый слой (, кг/м3)

                                                                                    (59)

где еусад - относительная усадка грунта при промерзании, доли единицы.

                                                                                  (60)

где аусад - коэффициент линейной усадки грунта, безразмерная величина.

Таблица 35

Грунт

Коэффициент линейной усадки грунта

Пылеватый песок, легкая супесь

0,1

Супесь пылеватая и тяжелая пылеватая

0,2

Суглинок легкий и легкий пылеватый

0,3

Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина

0,5

14. Влажность грунта в мерзлом слое земляного полотна (WM, доли единицы)

                                                                                      (61)

где  - среднее для слоя земляного полотна значение расхода пленочной воды, поступающей из талого грунта в мерзлый слой, м3/с.

при  > Woп m

                                                                                                   (62)

При  = Woпm

                                                        (63)

При расчете следует иметь в виду, что при влажности песка, равной капиллярной или полной влагоемкости, можно не определять для этого грунта значения расходов капиллярной воды , так как они по всех случаях больше расхода пленочной воды . При этих условиях не нужно устанавливать по форм. (58) влажность грунта под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой. Это значение равно  = W0. Вследствие этого можно принять в форм. (61)  =

При 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна расчет величины WМ имеет свои особенности. Они заключаются в том, что влагонакопление может происходить не  во всей толщине промерзшего слоя, а только в части этого слоя. Размеры последнего зависят от величины притока воды в грунт рабочего слоя с начала осени до промерзания земляного полотна (qатм(пр.ч), м3 на 1 м2). Значения qатм(пр.ч) приведены в табл. 8.

Для слоя грунта толщиной 1,0 м под дорожной одеждой влагонакопление происходит по всей высоте слоя при условии, что:

(WM - Wопт)ρск(0)·/ρв < qатм.(пр.ч);                                                                   (64)

В противном случае влагонакопление происходит только в слое грунта толщиной Δs (Δs < 1,0 м), ииже которого влажность грунта равна оптимальной влажности (Wопm, доли единицы).

Δs = qатм.(пр.ч)·ρв/(WМ - Wопт)·ρск(0)·;                                                             (65)

При расчете влажности в двухслойных грунтах нужно иметь в виду следующее. В форм. (50-52) входит величина z.1 Для верхнего слоя грунта она равна половине толщины этого слоя; для нижнего слоя грунта величина z1 равняется половине глубины промерзания от нижней границы верхнего слоя до глубины промерзания за зиму. Нужно также иметь в виду, что значения расходов капиллярно подвешенной воды, полученные по форм. (50-52) для верхнего и нижнего слоев грунта не могут быть менее величины

 = (Wкв - Wопт)·ρск(0)· vпр/(4ρв);                                                           (66)

где Wкв, Wonm, ρск(0) - соответственно капиллярная влагоемкость, оптимальная влажность и плотность скелета грунта перед промерзанием в нижнем слое грунта;

vпр - скорость промерзания грунта, м/с.

При залегании однослойного грунта до отметки не менее глубины промерзания за зиму нужно вводить в расчет по форм. (66) значения Wкв, Wопт и ρск(0), соответствующие этому грунту. При этом под однослойным - понимают грунт одного и того же гранулометрического и минералогического состава и плотности скелета грунта перед промерзанием земляного полотна.

При максимальной величине qк(0) в верхнем слое грунта меньше минимального значения qк(0) в нижнем слое не происходит поступление капиллярно подвешенной воды из нижнего в верхний слой грунта. В верхнем слое происходит только перераспределение воды, а среднее значение влажности грунта по высоте слоя будет равно влажности перед промерзанием земляного полотна.

3.2.2. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

1. Исходные данные. Дорога находится в Московской области. Согласно карте на рис. 2 там проходит изолиния климатических параметров под номером V. На участках уширения дороги поверхностный сток обеспечен (табл. 25), а подземные воды находятся на «безопасной» глубине (табл. 28). Такие условия являются характеристикой 1 типа (схемы) увлажнения рабочего слоя земляного полотна под существующей и вновь создаваемой дорожной одеждой. Последняя имеет ту же конструкцию, что и существующая дорожная одежда:

● асфальтобетон плотный толщиной 4 см;

● асфальтобетон пористый толщиной 8 см;

● асфальтобетон высокопористый толщиной, 14 см;

● гравийно-песчаная смесь, укрепленная 10 % цемента, толщиной 24 см;

● песок средней крупности толщиной 30 см.

При такой конструкции давление на грунт от веса дорожной одежды составляет:

р = (2400·0,04+ 2300·0,08 + 2100·0,14 + 2000·0,24 +1950·0,30)·0,0098 = 16,1 кПа.

В расчет включали значения плотности слоев дорожной одежды по табл. 30. Плотность слоя песка принята согласно ОДН 218.046-01.

Дорога проходит в насыпи высотой 1,5 м. Рабочий слой под существующей дорожной одеждой из суглинка легкого пылеватого, а на участках уширения дороги - из супеси легкой; под насыпью залегают суглинки легкие пылеватые. Характеристика этих грунтов следующая (п. 1.3)

Супесь легкая. Число пластичности – 4 %, влажность на границе текучести - 18,0 %, влажность на границе раскатывания - 14,0 %, оптимальная влажность - 10,5 %, максимальная плотность скелета грунта - 1950 кг/м3, коэффициент уплотнения грунта вновь создаваемого земляного полотна равен 0,98. При этом значении коэффициента уплотнения влажность грунта, соответствующая полной и капиллярной влагоемкости, соответственно равна 0,82 и 0,66 в долях от границы текучести (табл. 4). При коэффициенте уплотнения грунта 0,98 показатели капиллярных свойств следующие (табл. 5):

 = 135 гПа,  = 100·10-8 м/с

 = 100 гПа,  = 310·10-8 м/с

 = 85 гПа,  = 530·10-8 м/с

 = 80 гПа,  = 755·10-8 м/с.

Суглинок легкий пылеватый. Число пластичности – 10 %, влажность на границе текучести - 27,0 %, влажность на границе раскатывания - 17,0 %, оптимальная влажиость - 15,3 %, максимальная плотность скелета грунта - 1800 кг/м3, коэффициент уплотнения грунта в насыпи - 0,98, под насыпью - 0,92.

При коэффициенте уплотнения 0,98 влажность грунта, соответствующая полной и капиллярной влагоемкости, соответственно равна 0,72 и 0,64 в долях от границы текучести (табл. 4).

При коэффициенте уплотнения 0,92 влажность грунта, соответствующая полной и капиллярной влагоемкости, соответственно равна 0,86 и 0,72 в долях от границы текучести (табл. 4).

При коэффициенте уплотнения 0,98 показатели капиллярных свойств суглинка легкого пылеватого следующие (табл. 5):

 = 280 гПа,  = 35·10-9 м/с

 = 195 гПа,  = 150·10-9 м/с

 = 165 гПа,  = 300·10-9 м/с

 = 145 гПа,  = 475·10-9 м/с.

При коэффициенте уплотнения 0,92 показатели капиллярных свойств суглинка легкого пылеватого следующие (табл. 5):

 = 235 гПа,  = 70·10-9 м/с

 = 185 гПа,  = 190·10-9 м/с

 = 165 гПа,  = 300·10-9 м/с

 = 155 гПа,  = 400·10-9 м/с.

Песок средней крупности. Оптимальная влажность песка - 9,0 %, максимальная плотность песка - 1920 кг/м3, коэффициент фильтрации - 1,2 м/с. При Ку = 1,0 полная влагоемкость грунта равна - 14,3 %, капиллярная влагоемкость грунта - 11,3 %, высота капиллярного поднятия - 35 см.

Согласно ОДН 218.046-01 коэффициент теплопроводности песка морозозащитного (дренирующего) слоя дорожной одежды равен среднеарифметическому значению коэффициентов теплопроводности песка в талом и мерзлом состоянии (2,44+1,91)/2 = 2,18 Вт/(м·К)

Согласно принятой в настоящей работе классификации (табл. 1 и 2) номер типа и подтипа уширения дороги имеет обозначение А-10. Рассматриваемая дорога находится в районе под номером 2 (табл. 8). При указанных исходных данных средняя по высоте насыпи влажность грунта под дорожной одеждой равна перед промерзанием земляного полотна следующим величинам (табл. 21):

- для суглинка легкого пылеватого существующей насыпи 0,60 от границы текучести (за пределами зоны sI);

- для супеси легкой вновь устраиваемой насыпи - 0,61 от границы текучести. Под насыпью - влажность суглинка легкого пылеватого равна 0,72 от границы текучести.

2. Изложение расчета. Согласно изложенному в п. 3.1. определяем температурное поле земляного полотна в холодную зиму повторяемостью 1 раз в 20 лет. Предварительно вычисляем по форм. (7-9) термическое сопротивление дорожной одежды, вводя в расчет значения коэффициентов теплопроводности слоев дорожной одежды из табл. 30.

Вычисляем по форм. (40) содержание незамерзшей воды в грунте:

- для супеси легкой WM = 0,25·0,14 = 0,035 доли единицы;

- для суглинка легкого пылеватого Wнз = 0,45·0,17 = 0,076 доли единицы.

Вычисляем по форм. (41) количество замерзшей воды в грунте:

- для супеси легкой iзм = (0,61·0,18 - 0,035)·0,98·1950/1000 = 0,14;

- для суглинка легкого пылеватого насыпи

iзм =(0,60·0,27 - 0,076)·0,98·1800/1000 = 0,15 доли единицы;

- для суглинка легкого пылеватого под насыпью

iзм = (0,72·0,27 - 0,076)·0,92·1800/1000 = 0,20 доли единицы.

Устанавливаем по табл. (29) значения климатических параметров, характеризующих условия промерзания грунта.

Для рассматриваемых условий они имеют следующие значения:

атемп = 18,5 °С, апон = 105 сут, азап = 145 сут,

апр = 0,75 м, Roд(mах) = 2,20 м2К/Вт.

Определяем по графику на рис. (3) величину минимальной температуры грунта под дорожной одеждой.

Для супеси легкой вводим в расчет Rод/ Roд(mах) = 0,51/2,20 = 0,23 и iзм = 0,14.

В этом случае θmin(0)/amемп = 0,62. Откуда θmin(0) = 0,62·18,5 = 11,5 °С.

Для суглинка легкого пылеватого насыпи вводим в расчет Rод/ Roд(mах) = 0,23 и iзм = 0,15.

В этом случае θmin(0)/amемп = 0,61. Откуда θmin(0) = 0,61·18,5 = 11,3 °С.

Устанавливаем по табл. (32) температуру льдообразования в грунте:

● для супеси легкой θл.обр = -0,1 °С

● для суглинка легкого пылеватого насыпи θл.обр = -0,1 °С

● для суглинка легкого пылеватого под насыпью θл.обр = -0,1 °С

Устанавливаем по номограммам на рис. (4 и 5) значения параметров Апр, Bпp и Спр в случае промерзания однослойного грунта в пределах насыпи.

Значения этих параметров следующие:

● для супеси легкой Апр = 0,65, Впр = 3,2, Спр = 0,99;

● для суглинка легкого пылеватого Апр = 0,64, Впр = 3,1, Спр = 0,99.

Определяем по табл. (31) значения коэффициентов теплопроводности мерзлых грунтов:

● для супеси легкой (ρск = 1910 кг/м3, w0 = 0,11 доли единицы) λгр(м) = 1,72 Вт/(м·к);

● для суглинка легкого пылеватого насыпи (ρск = 1765 кг/м3, w0 = 0,16 доли единицы) λгр(м) = 1,56 Вт/(м·к);

● для суглинка легкого пылеватого под насыпью (ρск = 1655 кг/м3, w0 = 0,19 доли единицы) λгр(м) = 1,51 Вт/(м·к).

Вычисляем по форм. (42) глубину промерзания земляного полотна на участке уширения дороги. На этом участке насыпь из супеси легкой

hпр = 0,8·0,75·0,99·0,65·3,2·1,72 = 2,1 м.

Ввиду того, что глубина промерзания более расстояния от низа дорожной одежды до поверхности земли (это расстояние равно 0,7 м.) вновь определяем величину hпр. В этом случае расчет проводим для двухслойного грунта, состоящего из супеси легкой и суглинка легкого пылеватого под насыпью. Предварительно вычисляем количество замерзшей воды в грунтах:

iзм = [0,14·0,7 + 0,20(2,1 - 0,7)]/2,1 = 0,18 доли единицы.

При iзм = 0,18 и Rод/Roд(mах)=0,23, устанавливаем по номограммам на рис. (4 и 5) значения параметров Апр, Впр и Спр. Их значения следующие: Апр = 0,62, Впр = 2,7, Спр = 0,99. Определяем средневзвешенное значение коэффициента теплопроводности рассматриваемых мерзлых грунтов:

Включая в расчет полученные данные, определяем по форм. (42) глубину промерзания двухслойного грунта, состоящего из супеси легкой и суглинка легкого пылеватого

hпр = 0,8·0,75·0,99·0,62·2,7·1,58 = 1,6 м.

Вычисляем по форм. (42) глубину промерзания земляного полотна под существующей дорожной одеждой. На этом участке насыпь из суглинка легкого пылеватого

hпр = 0,8·0,75·0,99·0,64·3,1·4,56 = 1,8 м.

Ввиду того, что глубина промерзания более расстояния от низа дорожной одежды до поверхности земли вновь определяем величину hпр. В этом случае расчет проводим для двухслойного грунта, состоящего из суглинка легкого пылеватого насыпи и суглинка легкого пылеватого под насыпью.

Предварительно вычисляем количество замерзшей воды в грунтах:

iзм = [0,15·0,7 + 0,20(1,8 - 0,7)]/1,8 = 0,18

При iзм =0,18 и Rод/Roд(mах) = 0,23 устанавливаем по номограммам на рис. (4 и 5), что Aпр = 0,62, Впр= 2,1, Спр = 0,99.

Определяем средневзвешенное значение коэффициента теплопроводности рассматриваемых мерзлых грунтов:

λгр(м) = [1,56·0,7 +1,51(1,8 - 0,7)]/1,8 = 1,53 Вт/(м·К).

Включая в расчет полученные данные, определяем по форм. (42) глубину промерзания двухслойного грунта, состоящего из суглинка легкого пылеватого насыпи и суглинка легкого пылеватого под насыпью

hnp =0,8·0,75·0,99·0,62·2,7·1,53 = 1,5 м.

Определяем по графику на рис. (6) продолжительность периода понижения температуры грунта под дорожной одеждой от θл.обр, до θmin(0): для супеси легкой на участке уширения дороги tпон(0) 11,5/105·(11,5 - 0,1) = 0,66. Откуда tпон(0) = 69 сут. Для суглинка легкого пылеватого под существующей дорожной одеждой tпон(0) 1,3/105·(11,3-0,1) = 0,65. Откуда tпон(0) = 68 сут.

Определяем продолжительность периода от начала зимы до перехода температуры грунта под дорожной одеждой через значение равное температуре льдообразования.

По графику на рис. (7) имеем:

для супеси легкой Азап =0,27, Взап = 0,5;

для суглинка легкого пылеватого Азап= 0,28, Взап= 0,6.

По форм. (43) имеем:

для супеси легкой

tзап(0) = 145[0,27·0,5 + (0,01·69·0,1)/(11,5 - 0,1)] = 20 сут.;

для суглинка легкого пылеватого

tзап(0) = 145[0,28·0,6 + (0,01·68·0,1)/(11,3 - 0,1)] = 25 сут.

Определяем продолжительность периода от начала зимы до момента промерзания грунта на глубину znp, равную половине высоты насыпи от низа дорожной одежды до поверхности земли

zпр = (l,5-0,8)/2 = 0,35 м.

По форм. (43*) имеем: для супеси легкой

tзап = 20 + (145-20) = 47 сут.;

для суглинка легкого пылеватого

tзап = 25 +  (145 - 25) = 53сут.

Определяем продолжительность периода от начала зимы до момента промерзания грунта на глубину zпр, равную высоте насыпи от низа дорожной одежды до поверхности земли плюс половина толщины промерзшего слоя грунта под насыпью. На участке уширения дороги

zпр = 0,7+(1,6-0,7)/2 = 1,20 м.;

под существующей дорожной одеждой

zпр = 0,7+ (1,5-0,7)/2 = 1,10 м.

Искомые величины вычисляем по форм. (43*). Они равны: на участке уширения дороги

tзап = 20 + (l,2/l,6)(l45 - 20) = 114 cyт;

на участке земляного полотна под существующей дорожной одеждой

tзап = 25 + (1,1/1,5)(145 - 25) = 113 сут.

Определяем по форм. (44) значения глубины, на которых температура грунта равна θл.обр, θа и θб (табл. 32) на один и тот же момент времени. Для насыпи из супеси легкой на участке уширения дороги это время равно tзап = 47 сут. На этот момент имеем:

zпр = 0,35 м;

Для суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке уширения дороги tзап =114 сут. На этот момент времени имеем:

zпр = 1,20 м.,

Для существующей насыпи из суглинка легкого пылеватого tзап = 53 сут. На этот момент времени имеем:

zпр = 0,35 м.,

Для суглинка легкого пылеватого под существующей насыпью tзап = 113 сут. На этот момент времени имеем:

zпр = 1,1 м.

Вычисляем по форм. (45) среднюю скорость промерзания грунтов земляного полотна. На участке уширения дороги она равна

vnp = 1,6/(145-20) = 0,013 м/сут.

На участке существующей дорожной конструкции:

vпр = 1,5/(145-25) = 0,013 м/сут.

Вычисляем по формуле (46) значение градиента незамерзшей воды на глубине промерзания супеси легкой на участке уширения дороги.

Необходимые для расчета данные следующие:

Wonm = 0,105 доли единицы, Wнз(a) - 0,06 доли единицы (табл. 32),

Wнз(б) - 0,05 доли единицы (табл. 32), zпр = 0,35 м, zа = 0,334 м., zб = 0,319 м., ρск(t) = 1910 кг/м3.

п = [lg(0,105-0,05) - lg(0,06-0,05)]/lg[(0,35-0,319)/(0,334-0,319)] = 2,35.

Iнз(0) =2,35·(0,06-0,05)·(0,35-0,319)1,35·1910/[(0,334-0.319)235·1000] = 7,98, безразмерная величина.

Вычисляем по форм. (46) значение градиента незамерзшей воды на глубине промерзания суглинка легкого пылеватого на участке уширения дороги.

Необходимые для расчета данные следующие:

Wопт = 0,153, Wнз(а) = 0,11, Wнз(6)= 0,10 доли единицы (табл. 32),

zпр = 1,20 м, za= 1,184 м.,

zб = 1,169 м, ρск(t) = 1765 кг/м3.

п = [lg(0,153-0,100) - lg(0,110-0,100)]/lg[(1,20-1,169)/(1,184-1,169)] = 2,30.

Iнз(0) = 2,30·(0,110-0,100)·(1,20-1,169)1,30 1655//[(1,184-1,169)2,30 - 1000] = 6,50, безразмерная величина.

Вычисляем по формуле (46) значение градиента незамерзшей воды на глубине промерзания существующей насыпи из суглинка легкого пылеватого.

Необходимые для расчета данные следующие:

Wопт = 0,153, Wнз(а) = 0,11, Wнз(6)= 0,10 доли единицы (табл. 32),

zпр = 0,35 м, za = 0,335 м.,

zб = 0,320 м., ρск(t) = 1765 кг/м3.

п = lg[0,153-0,100) - 1g(0,110-0,100)]/1g[(0,35-0,320)/(0,335-0,320)] = 2,41

Iнз(0) = 2,41·(0,110-0,100)·(0,35-0,320)1,41·1765/[(0,335-0,320)2,41·1000] = 7,54, безразмерная величина.

Вычисляем по форм. (46) значение градиента незамерзшей воды в суглинке легком пылеватом под существующей насыпью.

Необходимые для расчета данные следующие:

Wопт = 0,153, Wнз(а) = 0,11, Wнз(6)= 0,10 доли единицы (табл. 32),

zпр = 1,10 м., za= 1,085 м.,

zб = 1,070 м., ρск(t) = 1655 кг/м3.

п = [lg(0,153-0,10) - lg(0,11-0,10))/lg[1,10-l,070)/(1,085-1,070)] = 2,40.

Iнз(0) = 2,40·(0,11-0,10)·(1,10-1,070)1,40·1655/[(1,085-1,070)2,40·1000] = 6,99, безразмерная величина.

Определяем по графику на рис. 9 значения коэффициентов пучения грунтов. Для супеси легкой насыпи имеем Кпуч = 0,8·10-8 м/с. Для суглинка легкого пылеватого насыпи Кпуч, = 0,9·10-8 м/с. Для суглинка легкого пылеватого под насыпью имеем Кпуч = 0,7·10-8 м/с.

Определяем влияние нагрузки от веса дорожной одежды и мерзлых слоев грунта на пучение грунта.

Для супеси легкой насыпи р = 16,1 кПа + 0,35·0,98·1950·(1+0,11)·0,0098 кПа = 23,4 кПа.

По форм.(47) имеем φ(р) = 1-0,7lg = 0,63.

Для суглинка легкого пылеватого существующей насыпи

р = 16,1 кПа + 0,35·0,98·1800·(1+0,162)·0,0098 кПа = 23,1 кПа

По форм. (47) имеем φ(р) = 1- 0,5lg = 0,74

Для суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке уширения дороги

p = 16,1 кПа + [0,7·0,98·1950·(1+0,11) + (1,6-0,7)·0,92·1800·(1+0,232)/2]·0,0098 кПа = 39,6 кПа.

По форм. (47) имеем φ(р) = 1 - 0,8lg = 0,44.

Для суглинка легкого пылеватого под существующей насыпью

р=16,1 кПа+[0,7·0,98·1800·(1+0,162) + (1,5-0,7)·0,92·1800·(1+0,232)/2]·0,0098 кПа = 38,2 кПа.

По форм. (47) имеем φ(р) = 1 - 0,8lg = 0,45.

Вычисляем по форм.(48) расход пленочной воды, поступающей в мерзлый слой из талого грунта

для супеси легкой насыпи имеем:

 = 0,92·0,8·10-8·7,98·0,63 = 3,7·10-8 м3/с;

для суглинка легкого пылеватого насыпи имеем:

 = 0,92·0,9·10-8·7,54·0,74 = 4,6·10-8 м3/с;

для суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке уширения дороги имеем:

 = 0,92·0,7·10-8·6,50·0,44 = 1,9·10-8 м3/с;

для суглинка легкого пылеватого под существующей насыпью

 = 0,92·0,7·10-8·6,99·0,45 = 2,1·10-8 м3/с.

Определяем среднее значение расхода капиллярно подвешенной воды, которая может поступить к границе промерзания грунта. Предварительно приведем значения показателей капиллярных свойств грунта к температуре 0 °С (форм. 25)

для супеси легкой насыпи имеем:

 = 138 гПа,  = 70·10-8 м/с;

 = 102 гПа,  = 217·10-8 м/с;

 = 87 гПа,  = 371·10-8 м/с;

 = 82 гПа,  = 529·10-8 м/с;

для суглинка легкого пылеватого насыпи имеем:

 = 286 гПа,  = 2,45·10-8 м/с;

 = 199 гПа,  = 10,50·10-8 м/с;

 = 168 гПа,  = 21,00·10-8 м/с;

 = 148 гПа,  = 33,25·10-8 м/с;

для суглинка легкого пылеватого под насыпью имеем:

 = 240 гПа,  = 4,90·10-8 м/с;

 = 189 гПа,  = 13,30·10-8 м/с;

 = 168 гПа,  = 21,00·10-8 м/с;

 = 158 гПа,  = 28·10-8 м/с;

Определяем количество групп капилляров, заполненных водой.

Для супеси легкой насыпи. W0= 0,61·18,0 = 11,0 %, Wonm = 10,5 %, Wкв = 0,66·18,0 = 11,9 %. При W0 = 11,0 % более 10,5 + (11,9-10,5)/4 = 10,9 % и менее 10,5 + 2(11,09-10,5)/4 = 11,2 % водой заполнены две группы капилляров.

Для суглинка легкого пылеватого насыпи W0= 0,60·27,0 = 16,2 %, Wonm = 15,3 %, Wкв = 0,64·27,0 = 17,3 %. При W0 =16,2 % более 15,3 + (17,3-15,3)/4 = 15,8 % и менее 15,3 + 2(17,3-15,3)/4 = 16,3 % водой заполнены две группы капилляров.

Для суглинка легкого пылеватого под насыпью W0 = 0,72·27,0 = 19,4 %, Wonm = 15,3 %, Wкв = 0,72·27,0 = 19,4 %. При W0 = Wкв, водой заполнены четыре группы капилляров.

Для двухслойных грунтов, состоящих из супеси легкой насыпи и суглинка легкого пылеватого под насыпью расчет по форм. (49) дает следующие результаты.

В насыпи значения , , ,  равны нулю, так как в суглинке легком пылеватом qmin = 158 гПа больше , , ,  в супеси легкой. Это значит, что капиллярно подвешенная вода, находящаяся в суглинке легком пылеватом, не поступает в супесь легкую. При промерзании супеси легкой там происходит только перераспределение воды, а среднее значение влажности от низа дорожной одежды до поверхности земли равно осенней влажности W0.

При промерзании суглинка легкого пылеватого под насыпью движение капиллярно подвешенной воды происходит под действием сил:

 гПа,

 гПа,

 гПа.

Для двухслойных грунтов, состоящих из суглинка легкого пылеватого насыпи и суглинка легкого пылеватого под насыпью, расчет по форм. (49) дает следующие результаты. В насыпи  = 286-158 = 128 гПа,  = 199-158 = 41 гПа.

Расход капиллярно подвешенной воды, поступающей к границе промерзания суглинка легкого пылеватого существующей насыпи, определяем по форм. (51), так как движение воды в указанном грунте происходит по двум группам капилляров.

Полученная величина расхода воды не может быть менее значения по форм. (66).

 = (0,72·0,27-0,153)·0,92·1800·0,013/(24·60·60·4·1000) = 0,26·10-8 м3/с.

Принимаем в расчет  = 0,26·10-8 м3/с.

Расход капиллярно подвешенной воды, поступающей к границе промерзания суглинка легкого пылеватого под существующей насыпью, определяем по форм. (50), так как движение воды в указанном грунте происходит по трем группам капилляров.

Полученная величина расхода воды менее 0,26·10-8 м3/с, поэтому принимаем в расчет  = 0,26·10-8 м3/с.

Расход капиллярно подвешенной воды, поступающей к границе промерзания суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке уширения дороги, определяем по форм. (50), так как движение воды в указанном грунте происходит по трем группам капилляров.

Полученная величина расхода воды менее 0,26·10-8 м3/с, поэтому принимаем в расчет  =0,26·10-8 м3/с.

Вычисляем по форм. (58) значение влажности грунта под границей промерзания суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь, после оттока пленочной воды в мерзлый слой. Величина этой влажности не может быть менее оптимальной влажности равной 0,153 доли единицы. Полученная по форм. (58) величина =0,162-(4,6·10-8-0,26·10-8)·24·60·60·1000/(0,98·1800·0,013) менее оптимальной влажности. Поэтому принимаем в расчет  =0,153 доли единицы.

Вычисляем по форм. (58) значение влажности грунта под границей промерзания суглинка легкого пылеватого, находящегося под существующей насыпью, после оттока пленочной воды в мерзлый слой.

 = 0,72·0,27 - (2,1·10-8 - 0,26·10-8)24·60·60·1000/(0,92·1800·0,013) = 0,121 доли единицы

Принимаем в расчет  = 0,153 доли единицы.

Вычисляем по форм. (58) значение влажности грунта под границей промерзания суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке уширения дороги.

 = 0,72·0,27·(1,9·10-8 - 0,26·10-8)·24·60·60·1000/(0,92·1800·0,013) = 0,129 доли единицы

Принимаем в расчет  =0,153 доли единицы.

Определяем значение плотности скелета грунта под границей промерзания суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь, после оттока пленочной воды в мерзлый слой.

По форм. (60) еусад = 1-(1+0,3·0,153)/(1+0,3·0,6·0,27) = 0,003.

По форм.(59)  = 0,98·1800/(1-0,003) = 1769 кг/м3.

Определяем значение плотности скелета грунта под границей промерзания суглинка легкого пылеватого под насыпью после оттока пленочной воды в мерзлый слой.

По форм. (60) еусад = 1-(1+0,3·0,153)/(1+0,3·0,72·0,27) = 0,012.

По форм. (59)  = 0,92·1800/(1-0,012) = 1659 кг/м3.

Вычисляем влажность мерзлого слоя грунта по форм. (63) и (61), так как  = Wопт = 0,153 доли единицы

Влажность суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь равна:

 = 0,26·10-8 + (0,162-0,153)0,98·1800·0,013/(24·60·60·1000) = 0,49·10-8 м3/с.

Wм = 0,153+0,49·10-8·1000·24·60·60/(1769-0,013) = 0,171 доли единицы.

Влажность суглинка легкого пылеватого под насыпью равна:

Qmcr =0,26·10-8+(0,194-0,153)·0,92·1800 0,013/(24·60·60·1000) = 1,28·10-8 м3/с.

WM = 0,153+1,28·10-8·1000·24·60·60/(1659·0,013) = 0,203 доли единицы.

Результаты расчета влажности грунтов в холодную зиму при 1-ом типе (схеме) увлажнения рабочего слоя земляного полотна представлены в табл. 36.

Таблица 36

Наименование слоя грунта

Грунт

Средняя по высоте слоя влажность грунта перед промерзанием, %

Средняя по высоте слоя влажность мерзлого грунта, %

Насыпь от низа дорожной одежды до поверхности земли на участке уширения дороги

Супесь легкая

11,0

11,0

Слой грунта от поверхности земли до глубины промерзания на участке уширения дороги

Суглинок легкий пылеватый

19,4

20,3

Существующая насыпь от низа дорожной одежды до поверхности земли

Суглинок легкий пылеватый

16,2

17,1

Слой грунта под существующей насыпью до глубины промерзания

Суглинок легкий пылеватый

19,4

20,3

3.2.3. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слон земляного полотна

1. Исходные данные. Те же, что и ранее, за исключением влажности и плотности грунтов перед их промерзанием. Согласно изложенному, расчет надо проводить для трех расчетных лет. Данный расчет проводят для первой зимы после уширения дороги. В этом случае коэффициент уплотнения супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги, будет равен 0,98. Влажность этого грунта будет равна капиллярной влагоемкости. При коэффициенте уплотнения грунта 0,98 влажность супеси легкой W0 = Wкв = 9 % (табл. 4). По графику на рис. 12 коэффициент уплотнения суглинка легкого пылеватого, из которого возведена существующая насыпь, равен 0,96 при давлении от веса дорожной одежды 16,1 кПа. При указанном коэффициенте уплотнения грунта влажность суглинка легкого пылеватого перед промерзанием земляного полотна равна W0 = Wкв = 17,9 % (табл. 4).

Коэффициент уплотнения суглинка легкого пылеватого под насыпью равен 0,92. При такой плотности грунта влажность суглинка легкого пылеватого под насыпью будет равна Wa = Wкв = 19,4 % (табл. 4).

2. Изложение расчета. Расчет аналогичен изложенному для 1-го типа (схемы) увлажнения рабочего слоя земляного полотна. Так же, как и ранее, рассматривается движение капиллярно подвешенной воды к границе промерзания грунта. То же и по другим пунктам расчета. Их результаты представлены в табл. (37).

Таблица 37

Наименование величин, полученных в результате расчета водно-теплового режима дорожных конструкций.

Результаты отдельных этапов расчета водно-теплового режима дорожных конструкций в холодную зиму при 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

На участке существующей конструкции

На участке вновь создаваемой конструкции

1

2

3

Глубина промерзания земляного полотна от низа дорожной одежды за зиму, м.

1,4

1,5

Средняя скорость промерзания грунта, м/сут.

0,012

0,012

Градиент незамерзшей воды на границе промерзания супеси легкой, из которой устраивается насыпь, безразмерная величина.

-

9,22

Градиент незамерзшей воды на границе промерзания суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь, безразмерная величина.

7,91

-

Градиент незамерзшей воды на границе промерзания суглинка легкого пылеватого под насыпью, безразмерная величина.

7,70

7,65

Давление на супесь легкую насыпи от веса дорожной одежды и мерзлых слоев грунта, гПа.

-

23,4

Давление на суглинок легкий пылеватый насыпи от веса дорожной одежды и мерзлых слоев грунта, гПа.

23,1

-

Давление на суглинок легкий пылеватый под насыпью от веса дорожной одежды и мерзлых слоев грунта, гПа.

37,1

40,2

Максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой супеси легкой насыпи, м3/с.

-

4,3·10-8

Максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой суглинка легкого пылеватого насыпи, м3/с.

4,9·10-8

-

Максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой суглинка легкого пылеватого под насыпью, м3/с

2,6·10-8

2,1·10-8

Среднее значение расхода капиллярно подвешенной воды, которая может поступить из нижнего слоя в верхний слой из супеси легкой насыпи, м3/с.

-

0,0

Среднее значение расхода капиллярно подвешенной воды, которая может поступить из нижнего слоя в верхний слой из суглинка легкого пылеватого насыпи, м3/с.

0,24·10-8

-

Среднее значение расхода капиллярно подвешенной воды, которая может поступить из грунта ниже глубины промерзания за зиму в суглинок легкий пылеватый под насыпью, м3/с.

0,24·10-8

0,24·10-8

Значение влажности мерзлого суглинка легкого пылеватого, находящегося в насыпи, %.

18,9

17,9

-

Значение влажности мерзлой супеси легкой, находящейся в насыпи, %.

-

11,9

11,9

Значение влажности мерзлого суглинка легкого пылеватого под насыпью, %.

20,4

19,4

20,4

19,4

Примечания: 1. При расчете принято, что грунт, залегающий ниже глубины промерзания за зиму, тот же, что и под подошвой насыпи. 2. В числителе, указаны значения влажности мерзлых грунтов, в знаменателях значения влажности грунтов в осенний период перед промерзанием земляного полотна.

3.2.4. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

1. Исходные данные. Те же, что изложены в п. 3.2.3, за исключением залегания подземных вод. Уровень этих вод находится на глубине 1,00 м. от поверхности земли. Используя уже полученные результаты расчета можно записать для участка существующей дорожной конструкции:

- насыпь из суглинка легкого пылеватого;

● коэффициент уплотнения 0,96;

● влажность грунта перед промерзанием 17,9 %;

● глубина залегания подземных вод от середины слоя грунта 1,35 м.;

● максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой, 4,9·10-8 м3/с;

показатели капиллярных свойств грунта:

 = 286 гПа,  = 2,45·10-8 м/с;

 = 199 гПа,  = 10,50·10-8 м/с;

 = 168 гПа,  = 21,00·10-8 м/с;

 = 148 гПа,  = 33,25·10-8 м/с.

- грунт под насыпью - суглинок легкий пылеватый;

● коэффициент уплотнения 0,92;

● влажность грунта перед промерзанием 19,4 %;

● глубина залегания подземных вод от середины слоя, расположенного от подошвы насыпи до глубины промерзания 0,65 м.;

● максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой, 2,6·10-8 м3/с;

показатели капиллярных свойств грунта:

 = 240 гПа,  = 4,90·10-8 м/с;

 = 189 гПа,  = 13,30·10-8 м/с;

 = 168 гПа,  = 21,00·10-8 м/с;

 = 158 гПа,  = 28,00·10-8 м/с.

Глубина промерзания двухслойного грунта под существующей дорожной одеждой 1,4 м.

Средняя скорость промерзания грунта 0,012 м/сут.

Используя уже полученные результаты расчета можно записать для участка с вновь создаваемой дорожной конструкцией:

- насыпь из супеси легкой:

● коэффициент уплотнения 0,98;

● влажность грунта перед промерзанием 11,9 %;

● глубина залегания подземных вод от середины слоя грунта 1,35 м.;

● максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой, 3,7·10-8 м3/с;

показатели капиллярных свойств грунта:

 = 138 гПа,  = 70·10-8 м/с;

 = 102 гПа,  = 217·10-8 м/с;

 = 87 гПа,  = 371·10-8 м/с;

 = 82 гПа,  = 529·10-8 м/с.

- грунт под насыпью - суглинок легкий пылеватый;

● коэффициент уплотнения 0,92;

● влажность грунта перед промерзанием 19,4 %;

● глубина залегания подземных вод от середины слоя, расположенного от подошвы насыпи до глубины промерзания 0,60 м;

● максимальная величина расхода пленочной воды, которая может поступить в мерзлый слой, 2,1·10-8 м3/с;

● глубина промерзания двухслойного грунта под вновь создаваемой дорожной одеждой 1,5 м.

Средняя скорость промерзания грунта 0,012 м/сут.

2. Изложение расчета.

Определяем по форм. (53)-(57) среднее значение расхода собственно капиллярной воды, которая может подступить к границе промерзания суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь, на участке существующей дорожной конструкции.

По форм. (54-57) имеем:

По форм. (53)

Ввиду того, что расход собственно капиллярной воды  = 0,22·10-8 м3/с оказался меньше соответствующей величины расхода капиллярно подвешенной воды  = 0,26·10-8 м3/с (см. выше) принимаем в расчет наибольшее значение расхода воды  = 0,26·10-8 м3/с. Для суглинка легкого пылеватого под существующей насыпью определяем значения расхода собственно-капиллярной воды при иI = 0, иII = 0, uIII = 0, иIV - 0. По форм. (53) имеем:

Определяем по форм. (58)-(63) значения влажности мерзлого суглинка легкого пылеватого в пределах существующей насыпи.

По форм. (58)  = 0,153 доли единицы.

По форм. (60) еусад = 0,003.

По форм. (59)  = 1769 кг/м3.

По форм. (63)

По форм. (61)

 доли единицы

Определяем по форм. (58)-(62) значение влажности мерзлого суглинка легкого пылеватого, находящегося под существующей насыпью.

По форм. (58)

 доли единицы

По форм. (60) еусад = 1-(1+0,03·0,188)/(1+0,03·0,194) = 0,00.

По форм. (59)  = 0,92·1800/(1-0,00) = 1656 кг/м3.

По форм. (62) = 196·10-8 м3/с.

По форм. (61)

 доли единицы

Определяем по форм. (53)-(57) среднее значение расхода собственно капиллярной воды, которая может поступить к границе промерзания супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги.

По форм. (54-57) имеем:

По форм. (53)

Определяем по форм. (58)-(62) значение влажности мерзлой супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги.

По форм. (58)  = 0,105 доли единицы.

По форм. (60) еусад =1-(1+0,1·0,105)/(1+0,1·0,119) = 0,0.

По форм. (59)  = 0,98·1950/(1-0) = 1911 кг/м3.

По форм. (63)

По форм. (61)

 доли единицы.

Для рассматриваемого случая среднее значение влажности супеси легкой в слое насыпи от низа дорожной одежды до поверхности земли практически та же, что была перед промерзанием земляного полотна (WM - 12,0 % - W0 = 11,9 %). Это значит, что в насыпь практически не поступила вода от уровня подземных вод. Происходит только перераспределение влажности грунта в пределах насыпи за счет перемещения капиллярно-подвешенной воды в супеси легкой.

 = 138-82=56 гПа,  = 70·10-8 м/с;

 = 102-82=20 гПа,  = 217·10-8 м/с;

 = 87-82=5 гПа,  = 371·10-8 м/с;

По форм. (50) имеем:

По форм. (66)

Принимаем в расчет  = 0,30·10-8 м3/с.

По форм. (58)  =0,105.

По форм. (60) еусад = 0,0.

По форм. (59)  = 1911 кг/м3.

По форм. (63)

По форм. (61) определяем влажность мерзлого слоя супеси легкой в верхней части насыпи под дорожной одеждой

WМ(в) = 0,105+(0,67·10-8·1000·24·60·60)/(1911·0,012) = 0,130 доли единицы.

Вычисляем величину влажности мерзлого слоя супеси в нижней части насыпи:

WМ(в) =  WМ  - (Wкв-Wопт)/4 = 0,120·(0,19-0,105)/4 = 0,117 доли единицы.

Определяем толщину верхней части супеси легкой (Δs, м) с влажностью WМ(в) - 0,130 доли единицы.

где s - толщина слоя супеси легкой от низа дорожной одежды до поверхности земли. Определяем толщину нижней части слоя супеси легкой с влажностью WM(н) - 0,117 доли: единицы.

s - Δs = 0,7 - 0,16 = 0,54.

3.2.5. Результаты расчета влажности мерзлых грунтов в теплую зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

1. Исходные данные. Те же, что изложены в п. 3.2.4, за исключением значений климатических параметров, характеризующих условия промерзания грунта. Для теплой зимы повторяемостью 1 раз в 20 лет они имеют следующие значения (табл. 29):

атемп = 6,5 °С, апон = 60 сут, азап = 85 сут, апр - 0,35 м, Rоб(max) = 0,85 м2-К/Вт.

2. Изложение расчета. Получены следующие данные о водно-тепловом режиме суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь существующей дорожной конструкции:

● глубина промерзания 0,2 м (форм. 42);

● скорость промерзания 0,004 м/сут (форм. 45);

● влажность грунта перед промерзанием 0,179 доли единицы;

● влажность грунта в зоне промерзания земляного полотна 0,192 доли единицы;

● увеличение влажности грунта в слое 0,20 м произошло за счет притока собственно капиллярной воды от уровня подземных вод. Величину расхода этой воды вычисляли по форм. (53) при z2 = 1,60 м.

Ниже представлены результаты расчета водно-теплового режима супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги. Там глубина промерзания 0,30 м (форм. 42), а скорость промерзания 0,005 см/сут. (форм. 42). Согласно изложенному, в насыпь практически не поступает вода из нижележащего суглинка легкого пылеватого. Ввиду этого рассматривалось перераспределение воды внутри насыпи в период ее промерзания. Расчет проводился с учетом подтока капиллярно подвешенной воды к границе промерзания (табл. 38). Низкие глубины промерзания происходило уменьшение влажности грунта. Величина уменьшения составляла (Wкв - Wопт = (0,119-0,105)/4 = 0,0035 доли единицы при опорожнении одной группы капилляров.

Таблица 38

Расчетные зависимости

Прирост влажности супеси легкой (ΔW, доли единицы) в зоне промерзании земляного полотна за счет притока капиллярно-подвешенной воды, находящейся:

в IV группе капилляров

в III группе капилляров

во II группе капилляров

0,0047

0,0047

0,0047

ΔWIV =WM(IV) - W0,

ΔWIII = WM(III) - WM(IV),

ΔWII = WM(II) - WM(III)

0,180

0,095

0,073

Принятая в расчет величина ΔW

0,0047

0,0047

0,0047

Принятые обозначения: Wкв и Wonm - соответственно капиллярная влагоемкость и оптимальная влажность (доли единицы) супеси легкой, из которой устраивается насыпь; s - толщина слоя (в м) с капиллярно подвешенной водой равная высоте насыпи от низа дорожной одежды до поверхности земли; hпр - глубина промерзания супеси легкой (в м) под дорожной одеждой на участке уширения дороги. W0 - влажность супеси легкой (доли единицы) перед промерзанием земляного полотна. ΔWIV - прирост влажности грунта (доли единицы) за счет поступления капиллярно подвешенной воды, находящейся в IV группе капилляров; ΔWIII - то же в III группе капилляров; ΔWII - то же во II группе капилляров. WМ(IV) - влажность мерзлого грунта после притока капиллярно подвешенной воды из IV группы капилляров, WM(III) - то же после притока воды из IV и III группы капилляров; WM(II) - то же после притока воды из IV, III и II группы капилляров.

Определяем ΔWМ(IV). По форм. (50) имеем  = 1,84·10-8 м3/с.

По форм. (63)  = 1,98·10-8 м3/с.

По форм. (61) ΔWМ(IV) = 0,280 доли единицы.

Тогда ΔWIV = 0,280 - 0,119 = 0,161 доли единицы.

Ввиду того, что полученная величина ΔWIV = 0,161 > maxΔWIV = 0,0047 принимаем в расчет ΔWIV = 0,0047 доли единицы. В этом случае ΔWМ(IV) = 0,119 + 0,0047 = 0,1237, а влажность супеси легкой ниже границы промерзания равна 0,119 - 0,0035 = 0,1155 доли единицы.

Определяем WM(III). По форм. (51) имеем  = 1,18·10-8 м3/с.

По форм. (63)

По форм. (61) WM(III) = 0,219 доли единицы. Тогда ΔWIII = 0,219 - 0,01237 = 0,095 доли единицы. Ввиду того, что полученная величина ΔWIII = 0,095 > max ΔWIII = 0,0047 принимаем в расчет ΔWIII = 0,0047 доли единицы. В этом случае WM(III) = 0,1237 + 0,0047 = 0,1284, а влажность супеси легкой ниже границы промерзания равна 0,1155-0,0035 = 0,1120 доли единицы.

Определяем WM(II). По форм. (52) имеем  = 0,68·10-8,м3/с.

По форм. (63)

По форм. (61) WM(II) = 0,168 доли единицы.

Тогда ΔWII = 0,168 - 0,1284 = 0,0396 доли единицы.

Ввиду того, что полученная величина ΔWII = 0,0396 > maxΔWII = 0,0047 принимаем в расчет ΔWII =0,0047 доли единицы. В этом случае WM(II) = 0,1284 + 0,0047 = 0,133, а влажность супеси легкой ниже границы промерзания равна 0,1120 - 0,0035 = 0,1085 доли единицы.

В результате проведенных расчетов получено, что влажность супеси легкой в зоне промерзания земляного полотна равна WM = 0,133, а влажность того же грунта ниже границы промерзания понизилась до величины 0,109 доли единицы.

На рис. (10) и (11) представлены данные расчетов влажности грунтов в зимний период, изложенные в п. 3.2.2-3.2.5. Эти значения влажности в дальнейшем будут уточнены. Дело в том, что расчет водно-теплового режима земляного полотна проводился без учета процесса массопереноса. Учет этого процесса осуществляется путем включения в расчетные зависимости, определяющие неустановившийся процесс теплопередачи, характеристик грунта после разуплотнения и накопления влаги в зоне промерзания земляного полотна. Первый расчет процесса теплопередачи проводят при значениях коэффициента теплопроводности и количестве замерзшей воды, соответствующих плотности и влажности грунтов перед промерзанием. Этот этап работы выполнен. Второй расчет проводят при коэффициенте теплопроводности, соответствующем среднеарифметическим значениям плотности и влажности грунта в период промерзания, и при количестве замерзшей воды, соответствующей влажности грунта после промерзания. Это можно будет сделать после получения данных о величине пучения грунтов (см. ниже).

Рис. 10. Влажность грунтов в холодную зиму

I и II - участки дорог соответственно 1-й и 2-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна; А - суглинок легкий пылеватый, из которого устроена насыпь. В - супесь легкая, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги; С - суглинок легкий пылеватый под подошвой насыпи; 1, - влажность грунта до промерзания; 2 - влажность грунта в конце зимы.

Рис. 11. Влажность грунтов в холодную и теплую зимы на участках 3-ей схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна I - холодная зима; II - теплая зима; А - суглинок легкий пылеватый, из которого устроена насыпь. В - супесь легкая, из которой устраивается насыпь на участке уширения дороги; С - суглинок легкий пылеватый под подошвой насыпи; 1 - влажность грунта до промерзания; 2 - влажность грунта в конце зимы.

3.3. Прогноз величины пучения грунтов

3.3.1. Расчетные зависимости для определения пучения грунтов

Прогноз пучения грунта проводится по трем расчетным схемам. Первая из них применяется при WмWкp, вторая - при Wм > Wкр >  и третья - при  > Wкр. Под критической влажностью Wкp понимается влажность, при которой воздухоемкость мерзлого грунта равна нулю.

                                                                    (67)

где Wнз - содержание незамерзшей воды в грунте, доли единицы (форм. 40);

 - значение плотности скелета грунта под границей промерзания после оттока воды в мерзлый слой, кг/м3 (форм. 59);

ρгр - плотность частиц грунта, кг/м3;

ρв - плотность воды, кг/м3 (ρв = 1000 кг/м3).

Указанную влажность мерзлого грунта Wм, определяют по форм. (61), а значение влажности грунта  под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой вычисляют по форм. (58).

Как уже отмечалось, величина  не может быть менее оптимальной влажности грунта (Wonm).

Первая расчетная схема характеризует процесс пучения при наличии воздуха в мерзлом грунте в течение всего зимнего периода. В этом случае пучение грунта является результатом расклинивающего действия ледяных прослоек в местах контакта минеральных частиц. Расчет величины пучения (hnyч, см) проводят по формулам:

hnyч = hnyч(0) - hyс(м) - hyс(т);                                                                                  (68)

где hnyч(0) - пучение грунта за счет миграционного льдонакопления, см;

hyс(м) - усадка грунта в пределах мерзлого слоя земляного полотна, см;

hyс(т) - усадка грунта в зимний период в пределах талого слоя земляного полотна, см.

hnyч(0) = 102(zпр(i) - zпр(i-1))[1,09(Wм - ) + 0,09( - Wопт)] /ρв             (69)

где (zпр(i) - zпр(i-1)) - толщина мерзлого слоя грунта, для которого определяют величину пучения, м.

При этом величина пучения по формуле (69) не может быть больше значения:

maxhnyч(0) = 0,09·102(zпр(i) - zпр(i-1))(Wм - Wнз)/ρв,                                       (70)

Значение усадки мерзлого грунта определяют по формуле:

hyс(м) = 102(zпр(i) - zпр(i-1)) еусад,                                                                             (71)

где еусад - относительная величина усадки грунта по форм. (60).

При промерзании многослойной грунтовой системы определяют значения hnyч(0) и hyс(м) для каждого слоя дорожной конструкции (песчаных грунтов морозозащитного слоя, глинистых грунтов насыпи и грунтов с ненарушенной структурой ниже подошвы насыпи) и суммируют.

В случае уменьшения влажности грунтов, расположенных ниже глубины промерзания за зиму определяют величину hyc(m) и учитывают при прогнозе пучения грунтов. Допускается не учитывать усадку грунта в пределах талого слоя земляного полотна, так как это идет в запас прочности дорожной конструкции.

Вторая расчетная схема характеризует процесс пучения, который последовательно происходит при наличии и отсутствии воздуха в мерзлом грунте. Вначале пучение происходит за счет расклинивающего действия ледяных прослоек в местах контакта грунтовых зерен так же, как и по первой расчетной схеме. После заполнения пор грунта льдом пучение происходит также и за счет расклинивающего действия ледяных прослоек в порах грунта. Величину пучения определяют по форм. (68), При этом значение hnyч(0) вычисляют по формуле:

                             (72)

где  - среднее для слоя земляного полотна значение расхода воды (в м3/с), поступающей из талого грунта в мерзлый слой (форм 62-63);

vпр - скорость промерзания грунта, м/с.

Третья расчетная схема характеризует процесс пучения при отсутствии воздуха в мерзлом грунте до поступления туда воды из слоя под границей промерзания. В этом случае поры грунта полностью заполнены льдом и незамерзшей пленочной водой.

При воздухоемкости грунта, равной нулю, ледяные прослойки оказывают расклинивающее действие не только в местах контакта минеральных частиц, но и в порах между ними. Величину пучения определяют по форм. (68). При этом значение hnyч(0) вычисляют по формуле:

                                                             (73)

По указанным зависимостям проведены расчеты ожидаемой величины пучения грунтов при параметрах водно-теплового режима дорожной конструкции, изложенных в п. 3.2.2-3.2.5.

3.3.2. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции: грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 16,2 %, Wм = 17,1 %, Wопт = 15,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1769 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,03; грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 20,3 %, Wопт = 15,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,012; глубина промерзания двухслойного грунта hпp - 1,5 м от низа дорожной одежды.

При указанных исходных данных определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

По форм. (67) Wкр = 0,184 доли единицы.

При Wм = 0,171 < Wкp = 0,184 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 2,4 см. По форм. (70) maxhnyч(0) = 1,1 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,1 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,2 см. По форм. (68) hnyч = 0,9 см.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,8 м. По форм. (67) Wкp = 0,219 доли единицы. При Wм = 0,203 < Wкp = 0,219 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 7,2 см. По форм. (70) max hnyч(0) - 1,5 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = l,5 см. По форм. (71) hyс(м) - 1,0 см. По форм. (68) hnyч = 0,5 см.

При устройстве морозозащитного (дренирующего) слоя из песка средней крупности с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут можно не учитывать величину пучения песка, так как она сравнительно невелика. При таких условиях пучение грунтов под существующей дорожной одеждой составляет 0,9+0,5 = 1,4 см.

Исходные данные на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции:

грунт насыпи - супесь легкая W0 =11,0 %, Wм = 11,0 %, Woпm = 10,5 %,  =10,5 %, Wнз = 3,5 %,  = 1910 кг/м3, ρгр = 2660 кг/м3, еусад = 0,00;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 20,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,012 %; глубина промерзания двухслойного грунта hпр = 1,6 м от низа дорожной одежды.

При указанных исходных данных определяем величину пучения супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

По форм (67) Wкр = 0,139 доли единицы.

При Wм = 0,110 < Wкp = 0,139 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 0,7 см. По форм. (70) maxhnyч(0) = 0,9 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 0,7 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,0 см. По форм. (68) hnyч = 0,7 см.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,9 м. По форм. (67) Wкp= 0,219 доли единицы. При Wм = 0,203 < Wкp = 0,219 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 8,1 см. По форм. (70) max hnyч(0) = 1,7 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = l,7 см. По форм. (71) hyс(м) = 1,1 см. По форм. (68) hnyч = 0,6 см.

В итоге получаем, что суммарная величина пучения грунтов на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции составляет 0,7+0,6 = 1,3 см.

3.3.3. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции:

грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 =17,9 %, Wм = 18,9 %, Woпm = 15,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1740 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,007;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 20,4 %, Woпm = 15,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,012; глубина промерзания двухслойного грунта hпр = 1,4 м от низа дорожной одежды.

При указанных исходных данных определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

По форм. (67) Wкр = 0,193 доли единицы.

При Wм = 0,189 < Wкp = 0,193 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 4,8 см. По форм. (70) maxhnyч(0) = 1,2 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,2 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,5 см. По форм. (68) hnyч = 0,7 см.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м. По форм. (67) Wкp= 0,219 доли единицы. При Wм = 0,203 < Wкp = 0,219 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 6,3 см. По форм. (70) max hnyч(0) = 1,3 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,3 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,8 см. По форм. (68) hnyч = 0,5 см.

В итоге получаем, что суммарная величина пучения грунтов на участке существующей дорожной конструкции составляет 0,7 + 0,5 = 1,2 см.

Исходные данные на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции:

грунт насыпи - супесь легкая  W0 = 11,9 %, Wм = 11,9 %, Woпm = 10,5 %,  = 10,5 %, Wнз = 3,5 %,  = 1913 кг/м3, ρгр = 2660 кг/м3, еусад = 0,001;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 20,4 %, Woпm = 15,3 %,  =15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,012; глубина промерзания двухслойного грунта hпр = 1,5 м от низа дорожной одежды.

При указанных исходных данных определяем величину пучения супеси легкой, из которой устраивается насыпь на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

По форм (67) Wкр = 0,138 доли единицы.

При Wм = 0,119 < Wкp = 0,138 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 2,0 см. По форм. (70) maxhnyч(0) = 1,0 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,0 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,1 см. По форм. (68) hnyч = 0,9 см.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,8 м. По форм. (67) Wкp = 0,219 доли единицы. При Wм = 0,203 < Wкp = 0,219 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 7,2 см. По форм. (70) max hnyч(0) = 1,5 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,5 см. По форм. (71) hyс(м) = 1,0 см. По форм. (68) hnyч = 0,5 см.

В итоге получаем, что суммарная величина пучения грунтов на участке существующей дорожной конструкции составляет 0,9 + 0,5 = 1,4 см.

3.3.4. Результаты расчета пучения грунтов в холодную зиму на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции:

грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 17,9 %, Wм = 18,9 %, Woпm = 15,3 %,  = 15,3 %, Wнз = 7,6 %,  = 1740 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,007;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 27,3 %,  = 18,8 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,012;  = 1,96·10-8 м3/с; глубина залегания подземных вод = 1,7 м от низа дорожной одежды, глубина промерзания двухслойного грунта - 1,4 м от низа дорожной одежды; средняя скорость промерзания грунта - 0,012 м/сут.

При указанных исходных данных определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

При указанных исходных данных определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м.

По форм. (67) Wкр = 0,193 доли единицы.

При Wм = 0,189 < Wкp = 0,193 расчет пучения грунта проводим по первой расчетной схеме. По форм. (69) hnyч(0) = 4,8 см. По форм. (70) maxhnyч(0) = 1,2 см. Принимаем в расчет hnyч(0) = 1,2 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,5 см. По форм. (68) hnyч = 0,7 см.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,7 м. По форм. (67) Wкp = 0,219 доли единицы. При Wм = 0,203 < Wкp = 0,219 расчет пучения грунта проводим по второй расчетной схеме. По форм. (72)

По форм. (71) hyс(м) = 0,1 см. По форм. (68) hnyч = 6,7 см.

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции:

грунт насыпи – супесь легкая W0 = 11,9 %, Wм = 11,9 %, Woпm = 10,5 %,  = 10,5 %, Wнз = 3,5 %,  = 1913 кг/м3, ρгр = 2660 кг/м3, еусад = 0,001;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый W0 = 19,4 %, Wм = 27,9 %,  = 18,8 %, Wнз = 7,6 %,  = 1659 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, еусад = 0,002;  = 2,10·10-8 м3/с; глубина залегания подземных вод = 1,7 м от низа дорожной одежды, глубина промерзания двухслойного грунта - 1,5 м от низа дорожной одежды; средняя скорость промерзания грунта - 0,012 м/сут.

При указанных исходных данных величина пучения супеси легкой равна 0,9 см. Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта - 0,8 м. По форм. (72) hnyч(0) = 8,8 см. По форм. (71) hyс(м) = 0,2 см. По форм. (68) hnyч = 8,6 см.

Проведенные расчеты показали, что суммарная величина пучения грунтов на участке существующей дорожной конструкции равна 0,7+6,7 = 7,4 см, а на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции - 0,9+8,6 = 9,5 см.

Указанные расчеты проведены без учета массопереноса. Следующим этапом расчета является учет этого процесса.

Для этого предварительно определяют:

относительную величину пучения грунта в отдельных слоях земляного полотна:

еnyч =  hnyч/(zпр(i) - zпр(i-1));                                                                                    (74)

коэффициент уплотнения грунта в конце зимы в отдельных слоях земляного полотна:

Ку(з) = Ку(ос)/(1 + еnyч);                                                                                        (75)

где Ку(ос) - коэффициент уплотнения грунта перед промерзанием;

среднее значение коэффициента уплотнения грунта в зимний период в отдельных слоях земляного полотна:

Ку(з)ср = (Ку(ос) + Ку(з)/2;                                                                                      (76)

среднее значение влажности грунта в зимний период в отдельных слоях земляного полотна:

Wз(ср) = (W0 + Wм)/2;                                                                                          (77)

коэффициент теплопроводности мерзлого грунта в отдельных слоях земляного полотна по табл. 31 при плотности скелета грунта Ку(з)ср×ρск(max) и влажности Wз(ср).

средневзвешенное значение коэффициента теплопроводности рассматриваемых двухслойных грунтов;

количество замерзшей воды в отдельных слоях земляного полотна по форм. (41) при плотности скелета грунта Ку(з)ср×ρск(max)  и влажности Wз(ср);

средневзвешенное значение количества замерзшей воды в двухслойных грунтах;

параметры температурного поля Апр, Впр для определения глубины промерзания земляного полотна по номограмме на рис. (5) при средневзвешенном значении количества замерзшей воды в двухслойных грунтах;

глубину промерзания земляного полотна по форм. (42);

среднюю скорость промерзания земляного полотна по форм. (45);

величины Wм и hny, при уточненных значениях глубины и скорости промерзания земляного полотна.

Проведем учет массопереноса в грунтах на участке существующей дорожной конструкции. Для суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь, имеем: по форм. (74) епуч, = 0,01; по форм. (75) Ку(з) = 0,95; по форм. (76) Ку(з)ср = 0,955; по форм. (77) Wз(ср) = 18,4 %; по табл. (31) λгр(м) = 1,60 Вт/(м·К) при плотности скелета грунта 0,955·1800 = 1720 кг/м3 и влажности 18,4 %; по форм. (41) iзm = 0,185 доли единицы при плотности скелета грунта 1720 кг/м3 и влажности 18,4 %.

Для суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи имеем: по форм. (74) епуч = 0,10; по форм. (75) Ку(з) = 0,84; по форм. (76) Ку(з)ср = 0,88; по форм. (77) Wз(ср) = 23,4 %; по табл. (31) λгр(м) = 1,61 Вт/(м·К) при плотности скелета грунта 0,88·1800 = 1585 кг/м3 и влажности 23,4 %; по форм. (41) iзm = 0,250 доли единицы при плотности скелета грунта 1585 кг/м3 и влажности 23,4 %.

Средневзвешенное значение коэффициента теплопроводности рассматриваемых двухслойных грунтов равно:

Средневзвешенное значение количества замерзшей воды в двухслойных грунтах равно:

 доли единицы

По номограмме на рис. 5 определяем значение параметров Апр, Впр при iзм = 0,22 доли единицы. Они оказались равными Апр = 0,57 и Впр = 2,2.

По форм. (42) определяем глубину промерзания земляного полотна

hnр = 0,8·7,5·0,99·0,57·2,2·1,61 = 1,20 м.

По форм. (45) определяем среднюю скорость промерзания земляного полотна

vпp = 1,20/(145 - 25) = 0,01 м/сут.

Для слоя суглинка легкого пылеватого толщиной 1,2-0,7=0,5 м под существующей насыпью определяем величину расхода собственно капиллярной воды, которая может поступить в этот слой. Расчет проводим по форм. (53) при иI = 0, иII = 0, иIII = 0, иIV = 0. В эту формулу входит значение z2 равное расстоянию от середины мерзлого слоя грунта до горизонта грунтовых вод или верховодки. В рассматриваемом случае z2 = 1,0 - 0,5/2 = 0,75 м

Для того же слоя определяем среднее по высоте значение влажности мерзлого грунта. Расчет проводим по форм. (58)-(62). При этом среднее для слоя земляного полотна значение расхода пленочной воды, поступающей из талого грунта в мерзлой, принимают равным:

 =  при  = W0

 =  при  < W0

 определяют по форм. (63) при  = Wonm

По форм. (58)

 доли единицы.

По форм. (60) еусад = 0,008

По форм. (59)  = 1670 кг/м3.

По форм. (61)

доли единицы.

Далее определяем величину пучения суглинка легкого пылеватого под насыпью на участке существующей дорожной конструкции. Толщина мерзлого слоя грунта 0,5 м. По форм. (67) Wкр = 0,219 доли единицы. При Wм =  0,245 > Wкр = 0,219 расчет пучения грунта проводим по второй расчетной схеме. По форм. (72)

По форм. (71) hуc(м)=0,4 см.

По форм. (68) hпуч=1,9 см.

В итоге получаем, что суммарная величина пучения грунтов на участке существующей дорожной конструкции составляет 0,7 + 1,9 = 2,6 см.

Для суглинка легкого пылеватого под подошвой существующей насыпи представлены в табл. (39) значения его влажности и пучения, полученные без учета процесса массопереноса и с учетом этого процесса.

Таблица 39

Влажность грунта перед примерзанием, W0 %

Влажность мерзлого грунта в конце зимы, Wм, %

Величина пучения грунта за зиму, hпуч, см

19,4

27,3

24,5

6,7

1,9

Примечание. В числителе указаны значения влажности грунта и его пучения, полученные без учета процесса массопереноса, в знаменателе - при учете этого процесса.

Как следует из табл. (39) результаты расчета Wм и hnyч, полученные без учета и с учетом процесса массопереноса могут существенно отличаться друг от друга. При этом чем больше поступает воды в мерзлый слой грунта в зимний период, тем больше эти различия. Допускается не учитывать процесс  массопереноса при прогнозе значений Wм и hnyч на участках дороги, относящихся к 1-ой и 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

С учетом изложенного составлена табл. (40), в которой представлены значения влажности и пучения грунтов при различных схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Таблица 40

Существующая дорожная конструкция

Вновь сооружаемая дорожная конструкция

Грунт

W0/WL

Wm/WL

hпуч, см

Грунт

W0/WL

Wm/WL

hпуч, см

1-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,6

0,63

0,9

Супесь насыпи

0,61

0,61

0,7

Суглинок под насыпью

0,72

0,75

0,5

Суглинок под насыпью

0,72

0,75

0,6

Итого

1,4

Итого

1,3

2-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,66

0,70

0,7

Супесь насыпи

0,66

0,66

0,9

Суглинок под насыпью

0,72

0,76

0,5

Суглинок под насыпью

0,72

0,76

0,5

Итого

1,2

Итого

1,4

3-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,66

0,70

0,7

Супесь насыпи

0,66

0,66

0,9

Суглинок под насыпью

0,72

0,91

1,9

Суглинок под насыпью

0,72

0,91

2,0

Итого

2,6

Итого

2,9

Примечания: 1. Значения влажности грунта и его пучения, приведенные в таблице, получены для дорожной конструкции на участке уширения дороги типа А-10 (см. табл. 1 и 2), расположенной в районе под номером 2 (табл. 8) на участке прохождения изолинии климатических параметров под номером V (карта на рис. 2). 2. Глубина залегания подземных вод от низа дорожной одежды составляет 1,7 м. 3. Принятые обозначения: W0 - влажность перед промерзанием, Wм - влажность мерзлого грунта в конце зимы, WL - влажность грунта на границе текучести, hnyч - величина пучения грунта.

Указанное положение подземных вод относится к верховодке. При том же положении грунтовых вод величина пучения будет меньше. Дело в том, что грунтовые воды в отличие от верховодки не замерзают в районах с сезонным промерзанием грунтов (см. карту на рис. 2). Температура воды всегда положительна. Грунтовые воды являются дополнительным источником тепла, в результате чего уменьшается глубина промерзания земляного полотна. Влияние грунтовых вод на температуру грунта можно учесть, введя поправочный коэффициент к величине Roд(mах) в табл. 29.

Таблица 41

Разность Нз(ср)-hпр, м

Поправочный коэффициент к Roд(mах) при отношении Roд/Roд(mах)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,2

0,3

0,65

0,8

0,85

0,90

0,95

1,0

0,4

0,55

0,75

0,85

0,90

0,95

1,0

 

0,6

0,75

0,85

0,90

0,95

1,0

 

 

0,8

0,85

0,90

0,95

1,0

 

 

 

1,0

0,90

0,95

1,0

 

 

 

 

1,2

0,95

1,0

 

 

 

 

 

1,4

1,0

 

 

 

 

 

 

Примечания. Нз(ср) - среднее положение горизонта грунтовых вод от низа дорожной одежды в зимний период; hпp - глубина промерзания от низа дорожной одежды при отсутствии грунтовых вод.

Согласно изложенному Roд(mах) = 2,20 м2 К/вт, Roд = 0,51 м2 К/вт, Нз(ср) = 1,7 м, hпр =1,20 м для существующей дорожной конструкции. При Нз(ср) - hпp = 1,7 - 1,2 = 0,5 м и Roд(mах)/Roд =  = 0,23 поправочный коэффициент равен 0,82.

Принимаем в расчет значение Roд(mах) = 0,82·2,20 = 1,8 м2 К/вт вместо табличного значения (табл. 29) равного 2,20 м2 К/вт.

4. Влажность и плотность грунтов в весенний период и влияние на их величину дренирующего слоя дорожной одежды

4.1. Расчетные зависимости для определения влажности и плотности грунтов в весенний период

Значения плотности и влажности слоя грунта определяют на момент его оттаивания в начале весны и после осадки грунта в конце весны. Процесс осадки может сопровождаться отжатием воды из грунта. Такое явление происходит в том случае, когда влажность грунта в зимний период Wм > Wкр и имеется дренирующий слой в дорожной конструкции для приема отжимаемой воды.

Значения коэффициента уплотнения грунта (Ку{в)) и влажности грунта (Wв) устанавливают для двух расчетных случаев.

Первый случай имеет место при Wм > Wкp. В этом случае влажность грунта в начале весны равна Wм, а коэффициент уплотнения грунта равен:

                                                                           (78)

При наличии дренирующего слоя влажность грунта уменьшается, а плотность увеличивается по мере отжатия воды в этот слой. В конце весны коэффициент уплотнения грунта равен

                                                                                     (79)

где еосад - относительная величина осадки грунта. Влажность грунта в конце весны равна капиллярной влагоемкости при Ку(в) по форм. (79)

При отсутствии дренирующего слоя Wв = Wм и коэффициент Ку(в) равен величине по форм. (78) в течение всего весеннего периода.

Второй расчетный случай имеет место при WмWкр. В этом случае коэффициент уплотнения грунта в начале весны равен Ку(з), а влажность грунта равна капиллярной влагоемкости при Ку(з). Значение этой влажности не может быть меньше Wм. В конце весны коэффициент уплотнения грунта равен величине по форм. (79), а влажность грунта равна капиллярной влагоемкости при Ку(в) по форм. (79). Влажность грунта в конце весны не может быть менее величины

                                                                                                 (80)

Даты начала и конца весны и продолжительность весеннего периода приведены в табл. 44.

Величину осадки устанавливают следующим образом. Вначале определяют по графику на рис. (12) минимальное значение коэффициента уплотнения груша после его осадки (Ку(тin), которое можно ожидать при многократном промерзании-оттаивании. Указанный коэффициент определяют в зависимости от коэффициента уплотнения грунта при постройке дороги (Ку(о)) и давлении на грунт (Р, кПа) от веса дорожной одежды и вышележащих слоев грунта. При этом для верхнего слоя грунта включают в расчет давление от веса дорожной одежды; для нижнего слоя - давление от веса дорожной одежды плюс давление от веса верхнего слоя грунта.

Для грунта с ненарушенной структурой включают в расчет значение коэффициента Ку(о) равного ρск(о)ск(max), где ρск(о) - плотность скелета грунта с ненарушенной структурой по данным обследованием дороги. Затем определяют по графику на рис. (13) отношение hocад/hпуч, откуда определяют величину осадки грунта (hocад, см) при известном значении пучения грунта (hпуч, см). После чего вычисляют относительную величину осадки грунта.

 = hocад/(zпр(i) - zпр(i-1))                                                                                  (81)

где (zпр(i) - zпр(i-1)) - толщина мерзлого слоя грунта, для которого определяют осадку грунта после его оттаивания, м.

Рис. 12. Графики для определения минимального значения коэффициента уплотнения грунта после осадки:

а - мелкий песок; б - пылеватый песок; в - супесь; г - легкий суглинок; д - тяжелый суглинок; е - глина

Рис. 13. График для определения осадки грунта при оттаивании в расчетном году.

4.2. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся к 1-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции: грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 17,1 %, Wкр = 18,4 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о) = 0,98, Ку(з) = 0,97, hпуч = 0,9 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 16,1 кПа.

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 20,3 %, Wкр = 21,9 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о) = 0,92, Ку(з) = 0,91, hпуч = 0,5 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,8 м, Р = 30,1 кПа.

При указанных исходных данных определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции.

При Wм = 17,1 % < Wкр = 18,4 % искомые величины в начале весны равны: Ку(в) = Ку(з) = 0,97, Wв = Wкв 17,6 % табл. (4). Полученная величина влажности больше Wм = 17,1 %, поэтому она является искомой.

Для определения искомых величин в конце весны предварительно устанавливаем величину еосад. По рис. (12) Ky(mln) = 0,96 при Ky(о) = 0,98 % и Р = 16,1 кПа. По рис. (13) hocад/hпуч = 0,92 при Ky(o) = 0,9 % и Ky(min) = 0,96, откуда hocад = 0,92·0,9 = 0,8 см. По форм. (81) еосад = 0,8/(0,7·100) = 0,01. Подставляя это значение в форм. (79), определяем величину коэффициента уплотнения грунта после его осадки.

Ку(в) = 0,97/(1-0,01) = 0,98.

При Ку(в) = 0,9 % значение капиллярной влагоемкости составляет по табл. 4 - 17,2 %. В этом случае значение влажности грунта в конце весны равно: Wв = Wкв = 17,2 %. Полученное значение Wв = 17,2 % больше величины по форм. (80), равной , поэтому она является искомой.

Представленные расчеты показали, что влажность указанного грунта равна в начале весны 17,6 % (Wв/WL = 0,65), а в конце весны - 17,2 % (Wв/WL = 0,64). Значения коэффициента уплотнения грунта соответственно равны 0,97 и 0,98.

Далее определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи на участке существующей дорожной конструкции. При Wм = 20,3 % < Wкр = 21,9 % искомые величины в начале весны равны: Ку(в) = Ку(з) = 0,91, Wв = Wм = 19,9 % табл. (4). Полученная величина влажности меньше Wм = 20,3 %, поэтому в расчет принимаем Wв = Wм = 20,3 %. Для определения искомых величин в конце весны предварительно устанавливаем величину еосад. По рис. (12) Ку(тin) = 0,92 при Ку(о) = 0,92 и Р = 30,1 кПа. По рис. (13) hосад/hпуч=1,0 при Ку(0)=0,92 и Ку(min)=0,92. Откуда hосад=1,0×0,5=0,5 см. По форм. (81) еосад=0,5(0,8×100)=0,006. Подставляя это значение в форм. (79), определяем величину коэффициента уплотнения грунта после его осадки:

Ку(в) = 0,91/(1-0,006) = 0,92.

При Ky(в) = 0,92 значение капиллярной влагоемкости составляет по табл. 4 - 19,4 %. В этом случае значение влажности грунта в конце весны равно: Wв = Wкв = 19,4 %. Полученное значение Wв = 19,4 % меньше величины по форм. (80) , поэтому значение влажности грунта в конце весны принимаем равной 20,1 %.

Представленные расчеты показали, что влажность указанного грунта равна в начале весны величине 20,3 % (Wв/WL = 0,75), а в конце весны 20,1 % (Wв/WL = 0,74). Значения коэффициента уплотнения грунта соответственно равны 0,91 и 0,92.

Исходные данные на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции: грунт насыпи - супесь легкая Wм = 11,0 %, Wкp = 13,9 %, ρск(max) = 1950 кг/м3, ρгр = 2660 кг/м3, Ку(о)= 0,98, Ку(з) = 0,97, hпуч = 0,7 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 16,1 кПа;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 20,3 %, Wкp = 21,9 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о)= 0,92, Ку(з) = 0,91, hпуч = 0,6 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,9 м, Р = 30,7 кПа;

При указанных исходных данных определяем плотность и влажность супеси легкой, из которой будет устраиваться насыпь на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции.

При Wм = 11,0 % < Wкp = 13,9 % искомые величины, которые можно ожидать в начале весны, равны: Ку(в) = Ку(з) = 0,97, Wв = Wкв = 2,2 % табл. (4). Полученная величина влажности больше Wм = 11,0 %, поэтому она является искомой. Для определения искомых величин, которые можно ожидать в конце весны, предварительно устанавливаем значение еосад. По рис. (12) Ky(mln) = 0,98 при Ky(о) = 0,98 % и Р = 16,1 кПа. По рис. (13) hocад/hпуч = 1,0 при Ky(o) = 0,98 и Ky(min) = 0,98, откуда hocад = 1,0·0,7 = 0,7 см. По форм. (81) еосад = 0,7/(0,7·100) = 0,01. Подставляя это значение в форм. (79), определяем коэффициент уплотнения грунта после его осадки:

Ку(в) = 0,97/(1-0,01) = 0,98.

При Ку(в) = 0,98 значение капиллярной влагоемкости составляет по табл. 4 = 11,9 %. В этом случае значение влажности грунта в конце весны равно: Wв = Wкв = 11,9 %. Полученное значение Wв = 11,9 % больше величины по форм. (80), равной , поэтому она является искомой.

Представленные расчеты показали, что влажность указанного грунта равна в начале весны 12,2 % (Wв/WL = 0,66), а в конце весны - 11,9 % (Wв/WL =0,66). Значения коэффициента уплотнения грунта соответственно равны 0,97 и 0,98.

Далее определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции.

Искомые величины те же, что и на участке существующей дорожной конструкции, а именно: Wв = 20,3 % (Wв/WL = 0,75), Ky(в) = 0,91 в начале весны и Wв = 20,1 % (Wв/WL = 0,74), Ky(в) = 0,92 в конце весны.

4.3. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся ко 2-ой схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции: грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 18,9 %, Wкp = 19,3 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о)= 0,98, Ку(з) = 0,95, hпуч = 0,7 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 16,1 кПа;

Грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 20,4 %, Wкр = 21,9 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о) = 0,92, Ку(з) = 0,91, hпуч = 0,5 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 30,1 кПа.

При указанных исходных данных определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции.

При Wм = 18,9 % < Wкp- = 19,3 % искомые величины, которые можно ожидать в начале весны, равны: Ку(в) = Ку(з) = 0,95, Wв = Wкв = 18,3 % табл. (4). Полученная величина влажности меньше Wм = 18,9 %. Поэтому в качестве расчетной принимаем величину Wв = Wкв = 18,9 %.

Для определения искомых величин в конце весны предварительно устанавливаем величину еосад. По рис. (12) Ку(тin = 0,96 при Ку(о) = 0,98 и Р = 16,1 кПа. По рис. (13) hocад/hпуч  = 0,92 при Ку(о) = 0,98 % и Ky(min} = 0,96. Откуда hocад = 0,92·0,7 = 0,6 см. По форм. (81) еосад = 0,01. Подставляя это значение в форм. (79), определяем величину коэффициента уплотнения грунта после его осадки:

Ку(в) = 0,95/(1-0,01) = 0,96.

При Ку(в) = 0,96 значение капиллярной влагоемкосги составляет по табл. 4 - 17,9 %. В этом случае значение влажности грунта в конце весны равно: Wв = Wкв = 17,9 %. Полученное значение Wв = 17,9 % меньше величины по форм. (80) равной . Поэтому в качестве расчетной влажности принимаем величину Wв = 18,7 %.

Представленные расчеты показали, что влажность указанного грунта равна в начале весны 18,9 % (Wв/WL = 0,70), а в конце весны - 18,7 % (Wв/WL = 0,69), а значения коэффициента уплотнения грунта соответственно равны 0,95 и 0,96.

Аналогично изложенному в п. 4.2. определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи на участке существующей дорожной конструкции. Результаты расчета следующие: Ку(в) =0,91, Wв =20,4 % (Wв/WL = 0,76) в начале весны и Wв = 20,1 % (Wв/WL = 0,74), Ку(в) = 0,92 в конце весны.

Исходные данные на участке, вновь сооружаемой дорожной конструкции: грунт насыпи - супесь легкая Wм = 11,9 %, Wкp = 13,8 %, ρск(max) = 1950 кг/м3, ρгр = 2660 кг/м3, Ку(о)= 0,98, Ку(з) = 0,97, hпуч = 0,9 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 16,1 кПа;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 20,4 %, Wкp = 21,9 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о)= 0,92, Ку(з) = 0,91, hпуч = 0,5 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,8 м, Р = 30,8 кПа;

При указанных исходных данных результаты расчета для супеси легкой, из которой будет устраиваться насыпь:

Ку(в) = 0,97, Wв =12,2 % (Wв/WL = 0,68) в начале весны и Ку(в) = 0,98, Wв = 11,9 % (Wв/WL = 0,66) в конце весны. Результаты расчета для суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи:

Ky(в) = 0,91, Wв = 20,4 % (Wв/WL = 0,76) в начале весны и Ку(в) = 0,92, Wв = 20,1 % (Wв/WL = 0,74) в конце весны.

4.4. Результаты расчета влажности и плотности грунтов в весенний период на участках дороги, относящихся к 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Исходные данные на участке существующей дорожной конструкции: грунт насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 18,9 %, Wкp = 19,3 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о)= 0,98, Ку(з) = 0,95, hпуч = 0,7 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,7 м, Р = 16,1 кПа;

грунт под подошвой насыпи - суглинок легкий пылеватый Wм = 24,6 %, Wкp = 21,9 %, ρск(max) = 1800 кг/м3, ρгр = 2690 кг/м3, Ку(о) = 0,92, Ку(з) = 0,89, hпуч = 1,9 см, (zпр(i) - zпр(i-1)) = 0,5 м, Р = 30,1 кПа;

При указанных исходных данных определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого, из которого устроена насыпь на участке существующей дорожной конструкции. Полученные значения Wв, Ку(в) те же, что и в п. 4.3.

Далее определяем плотность и влажность суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи на участке существующей дорожной конструкции.

Ввиду того, что Wм = 24,6 % > Wкp = 21,9 % вычисляем значение Ку(в) которое можно ожидать в начале весны, по форм. (78).

Влажность грунта в начале иесны равна Wв = Wм =24,6 %.

Ожидаемые величины Ку(в) и Wв в конце весны определяем при отсутствии и наличии дренирующего слоя в дорожной одежде. При отсутствии дренирующего слоя имеем: Ку(в) = 0,90 и Wв = 24,6 %. При наличии дренирующего слоя влажность и плотность грунта определяем следующим образом. По рис. (12) устанавливаем, что Ку(тin) = 0,92 при Ку(о) = 0,92 и Р = 30,1 кПа. По рис. (13) hocад/hпуч = 1,0 при Ку(о) =0,92 и Ку(тin) =0,92, откуда hocad  = 1,9см. По форм. (81)

По форм. (79) Ку(в) = 0,90/(1-0,038) = 0,92

При полученном значении Ку(в) = 0,92 величина капиллярной влагоемкости Wкв = 19,4 % (табл. 4).

Согласно изложенному, указанное значение влажности является искомой величиной Wв = Wм = 19,4 %. Аналогично определяем влажность и плотность супеси легкой, из которой будет устраиваться насыпь и суглинка легкого пылеватого под подошвой насыпи на участке вновь сооружаемой дорожной конструкции. Результаты расчета представлены в сводной табл. 42.

Таблица 42

Существующая дорожная конструкция

Вновь сооружаемая дорожная конструкция

Грунт

Влажность грунта, Wв/Wl

Коэффициент уплотнения грунта, Ку(в)

Грунт

Влажность грунта, Wв/Wl

Коэффициент уплотнения грунта, Ку(в)

в начале весны

в конце весны

в начале весны

в конце весны

в начале весны

в конце весны

в начале весны

в конце весны

1-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,65

0,64

0,97

0,98

Супесь насыпи

0,68

0,66

0,97

0,98

Суглинок под насыпью

0,75

0,74

0,91

0,92

Суглинок под насыпью

0,75

0,74

0,91

0,92

2-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,70

0,69

0,95

0,96

Супесь насыпи

0,68

0,66

0,97

0,98

Суглинок под насыпью

0,76

0,74

0,91

0,92

Суглинок под насыпью

0,76

0,74

0,91

0,92

3-я схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Суглинок насыпи

0,70

0,69

0,95

0,96

Супесь насыпи

0,68

0,66

0,97

0,98

Суглинок под насыпью

0,91

0,91

0,72

0,90

0,90

0,92

Суглинок под насыпью

0,91

0,91

0,72

0,90

0,90

0,92

Примечание: В знаменателе приведены значения влажности и коэффициента уплотнения грунтов, которые можно ожидать в случае Wм > Wкp и наличия дренирующего слоя в дорожной одежде.

5. Особенности прогноза значений влажности и плотности грунтов и их пучения в районе сопряжения существующей и вновь сооружаемой дорожной конструкции

5.1. Расчетная схема определения влажности, плотности и пучения грунтов

Вначале устанавливают значения глубин промерзания грунтов в районе сопряжения существующей и вновь сооружаемой дорожной конструкции. На рис. (14) представлены две расчетные схемы промерзания грунтов. Первая расчетная схема, обозначенная буквой «А», применяется при  < , где  и  - глубины промерзания грунтов в центральной части земляного полотна соответственно на участке существующей дорожной конструкции и на участке уширения дороги. Вторая расчетная схема, обозначенная буквой «В», применяется при  > .

Показанные на рис. (14) величины со знаком один штрих относятся к существующей дорожной конструкции; величины со знаком два штриха - к вновь сооружаемой дорожной конструкции.

По первой расчетной схеме искомой величиной является расстояние , на которое может промерзнуть грунт под существующей дорожной одеждой со стороны уширения земляного полотна.

Расчет проводят в два этапа. На первом этапе принимают, что