Регулирование водного режима оснований дорожных и аэродромных одежд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Блинов, Михаил Владимирович

• Блинов, Михаил Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Блинов, Михаил Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Требования нормативных документов к проектированию дренирующих слоев аэродромных и дорожных одежд

1.1.1. Условия применения дренирующих слоев в конструкциях аэродромных и дорожных одежд

1.1.2. Порядок проектирования дренирующих слоев

1.1.3. Мероприятия по предотвращению переувлажнения грунтового основания

1.2. Исследования неустановившегося движения грунтовых вод. Основные допущения и недостатки

1.3. Обобщение имеющегося материала, основные выводы и направления проводимых исследований

1.4. Выводы по первому разделу

1.5. Задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРЕНИРУЮЩИХ СЛОЕВ

2.1. Условия поступления влаги в дренирующие слои

2.2. Закономерности движения влаги в дренирующих слоях дорожных и аэродромных одежд

2.3. Основные предпосылки для расчетных закономерностей

2.4. Выводы по второму разделу

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРАЦИИ В ОСНОВАНИЯХ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ОДЕЖД

3.1. Выбор модели для экспериментальных исследований

3.2. Теория щелевого лотка. Критерии подобия

3.3. Моделирование процесса растекания бугра грунтовых вод на наклонном водоупоре

3.3.1. Описание лабораторной установки

3.3.2. Планирование эксперимента

3.4. Соответствие экспериментальных исследований полученным теоретическим предпосылкам

3.5. Выводы по третьему разделу

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ ДРЕНИРУЮЩИХ СЛОЕВ

4.1. Условия применения дренирующих слоев

4.2. Методика расчета и основные расчетные закономерности

4.3. Экономический анализ

4.4. Выводы по четвертому разделу

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регулирование водного режима оснований дорожных и аэродромных одежд»

введение

Воздушный и автомобильный транспорт - наиболее быстрый и мобильный вид перевозок. Весь опыт нашего столетия убедительно доказал их преимущества как в мировом, так и в местном масштабе.

Необходимым условием четкой и бесперебойной работы этих видов транспорта является высокое качество дорожных магистралей и аэродромов, их своевременный ремонт и качественное техническое обслуживание. От состояния искусственных покрытий в целом зависит безопасность, пропускная способность, качество и скорость движения. Качество и состояние покрытия - одно из составляющих системы безопасности полетов и дорожного движения.

Для повышения надежности и долговечности покрытий постоянно уделяется внимание совершенствованию методов их проектирования. Разрабатываются и совершенствуются методы, в которых наиболее полно учитываются условия взаимодействия колес с покрытием, физические процессы, происходящие в основаниях при деформации покрытий, влияние различных климатических факторов на работу оснований и др. Несмотря на многочисленные исследования по этим проблемам, многие вопросы, в том числе, регулирование водного режима оснований, полностью еще не решены.

В последние годы во многих странах стали пересматривать методы проектирования оснований автомобильных дорог и аэродромов. Пересмотр вызван разрушением покрытий, в том числе и бетонных, при тяжелом интенсивном движении вследствие недостаточной прочности оснований и земляного полотна. Основная причина разрушения покрытий связана с переувлажнением земляного полотна и основания из-за неудовлетворительного состояния дренирующих и водоотводных устройств.

В дренирующих слоях в период оттаивания накапливается свободная вода. При интенсивном движении по покрытию свободная вода отжимается кверху, способствуя снижению прочности вышележащих конструктивных слоев.

Массовому проявлению весенних деформаций предшествует зимний период, когда искусственное покрытие неравномерно вспучивается из-за образования ледяных линз и прослоек. Чем тоньше дорожная (аэродромная) одежда и чем меньше высота насыпи из связных грунтов, тем больше морозное пучение во II и III дорожно-климатических зонах. С неравномерным пучением связано образование трещин на дорожных (аэродромных) покрытиях, особенно капитального типа. В результате усиливается процесс инфильтрации поверхностной воды. Основная причина переувлажнения верхней части земляного полотна - оттаивание льдообогащенных грунтов. Ледяные линзы и прослойки переходят в свободную воду в весенний период, что сопровождается снижением прочности дорожных (аэродромных) покрытий в среднем на 20 - 30 % [80].

Чем меньше зимой пучение, тем меньше весной вероятность переувлажнения грунтов земляного полотна. В районах с промерзанием глубже 0,8 - 1 м основной приток воды, поступающий снизу в дренирующий слой, связан со склонностью преимущественно связных грунтов к льдообразованию. В более южных районах на участках с постоянным избыточным увлажнением, дренирующие слои также переувлажняются. На участках 2-ого типа увлажнения местности источником увлажнения является инфильтрующаяся поверхностная вода и вода, поступающая в пористые конструктивные слои дорожных (аэродромных) одежд в парообразном состоянии. Неблагоприятное сочетание погодно-климатических факторов способствует образованию массовых деформаций на дорожных (аэродромных) покрытиях. Повышение интенсивности движения и увеличение одноколесных нагрузок способствует внешнему проявлению участков с недостаточной прочностью.

Актуальность проблемы. В последние годы широкое распространение получило применение дренирующих прослоек из синтетических материалов для обеспечения надлежащего водного режима оснований. Несмотря на это в настоящее время широко используется и песчаный дренирующий слой. Применение же дренирующих прослоек связано с удорожанием строительства. Поэтому необходимо создание новой более точной методики проектирования дренирующих слоев, которая позволит повысить экономическую эффективность использования материалов в конструкции покрытий, а также их долговечность и устойчивость к воздействию многократных нагрузок, что даст значительную экономию средств в области строительства и эксплуатации автомобильных дорог и аэродромов. Это доказывает актуальность рассматриваемой проблемы.

Цель работы - повышение эффективности использования материалов в конструкции одежд, а также снижение интенсивности разрушения покрытий на автомобильных дорогах и аэродромах под действием многократных динамических нагрузок и увеличение срока их службы путем регулирования водного режима оснований.

Объектом исследования являются процессы увлажнения грунтового основания, а также процессы фильтрации воды в основаниях дорожных и аэродромных одежд, происходящие под действием колесной нагрузки.

Предметом диссертационной работы является исследование вопросов повышения долговечности и устойчивости покрытий автомобильных дорог и аэродромов путем регулирования водного режима оснований, а также создание уточненной методики проектирования дренирующих слоев.

Научная новизна работы состоит в разработке методики проектирования дренирующих слоев на основе математических моделей фильтрации в основаниях дорожных (аэродромных) одежд, включая обоснование и создание моделей неустановившейся фильтрации воды в упруго-пластичной пористой среде, под-

подвергающейся воздействию динамических нагрузок в процессе эксплуатации, образования и растекания бугра грунтовых вод на наклонном водоупоре с их решением, а также в разработке экспериментальной установки, позволяющей моделировать образование и растекание бугра грунтовых вод, образовавшегося под действием колесной нагрузки.

На защиту выносится:

модель неустановившейся фильтрации воды в упруго-пластичной пористой среде, подвергающейся воздействию многократных динамических нагрузок в процессе эксплуатации;

модели образования и растекания бугра грунтовых вод на наклонном водоупоре;

схема экспериментальной установки, позволяющей моделировать образование и растекание бугра грунтовых вод, образовавшегося под действием колесной нагрузки, на наклонном водоупоре;

уточненная методика проектирования дренирующих слоев дорожных и аэродромных одежд.

Практическая ценность работы состоит в теоретическом обосновании условий применения дренирующих слоев и требований к ним при строительстве дорожных и аэродромных одежд. Все это позволило разработать уточненную методику проектирования дренирующих слоев дорожных и аэродромных одежд с учетом поперечного профиля грунтового корыта.

Реализация работы. Результаты диссертационных исследований использованы при реконструкции аэродрома «Чкаловский».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на Всероссийской научной конференции «Современные методы подготовки специалистов и совершенствования систем и средств наземного обеспечения авиации», проходившей в г. Воронеже в мае 1997 г., на Школе

«Современные проблемы механики и прикладной математики», проходившей в г. Воронеже в апреле 1998 г, на 52-й научно-технической конференции Воронежской государственной архитектурно-строительной академии в 1999г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть статей.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения.

В первом разделе рассмотрено состояние вопроса о регулировании водного режима оснований аэродромных покрытий с использованием дренирующих слоев, существующие методы проектирования этих слоев, произведена постановка задач исследования и рассмотрены вопросы подлежащие исследованию.

Второй раздел посвящен изучению и характеристике основных закономерностей водного режима частично оттаявших естественных оснований аэродромных покрытий, закономерностей движения воды в дренирующих слоях аэродромных одежд. Обоснованы принципы проектирования дренирующих слоев и требования к материалу дренирующего слоя.

В третьем разделе приведено описание модели для экспериментальных исследований, методика и результаты проведенного эксперимента, анализ результатов эксперимента и соответствия экспериментальных исследований полученным теоретическим предпосылкам.

В четвертом разделе приведены условия применения дренирующих слоев и методические рекомендации по расчету дренирующих слоев, произведен расчет ¿ лономической эффективности йт использования предлагаемой методики.

В заключении дается краткий анализ полученных результатов, выводы о достижении цели работы и намечаются дальнейшие перспективы исследований.

Работа изложена на 189 страницах, из них 134 страницы текста, 17 таблиц, 37 рисунков и 2 приложения на 11 страницах.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Требования нормативных документов к проектированию дренирующих слоев аэродромных и дорожных одежд

1.1.1. Условия применения дренирующих слоев в конструкциях дорожных и аэродромных одежд

Основными нормативными документами, определяющими нормы проектирования дренирующих слоев, являются СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги [72], СНиП 2.05.08-85 Аэродромы [73], Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85) [57], Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-83 [13], Инструкция по проектированию водоотвода на летных полях постоянных аэродромов ВСН 17-79 [12].

Условия применения дренирующих слоев, определяемые нормативными документами, отражены в табл. 1.1. Из нее видно, что нормативные документы, регламентирующие проектирование аэродромов, требуют устройства дренирующих слоев только при первом и втором типе условий увлажнения местности. Это связано с повышенными требованиями к устройству земляного полотна аэродромов, которые исключают третий тип. Однако наряду с этим полностью исключена V дорожно-климатическая зона (ДКЗ). Нормативные документы, определяющие нормы проектирования дорожных одежд, в отличие от аэродромных, указывают, что необходимость устройства дренирующих слоев в IV и V ДКЗ возникает только при 3-м типе местности по условиям увлажнения. Кроме того, нет единого мнения по определению типа или схемы местности по условиям увлажнения. Каждый из документов содержит свое определение.

Условия применения дренирующих слоев

СНиП 2.05.08-85 СНиП 2.05.02-85 Пособие... (к СНиП 2.05.02-85) ВСН 46-83 ВСН 17-79

Для местности с гидрогеологическими условиями 2-го типа (табл. 3 Прил. 1) во И-1У и I ДКЗ при отсутствии в районе строительства вечномерзлых грунтов; при грунтах основания глинистых и пылеватых, склонных к пучению; при ширине склона покрытия ИВПП или площадок (специального назначения, МС и др.) более 40 м На участках земляного полотна из глинистых грунтов и пылеватых песков во II ДКЗ при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна (табл. 1 Прил. 1); в III ДКЗ при 2-й и 3-й схемах увлажнения рабочего слоя; в IV и V зонах при 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя На участках земляного полотна из глинистых грунтов и пылеватых песков во II ДКЗ при всех типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна (табл. 5 Прил. 1); в III ДКЗ при 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя, а также при 1-м типе - в районах 2(Ш)-5(Ш);в IV и V зонах при 3-м типе увлажнения рабочего слоя На участках земляного полотна из пылеватых песков, пылеватых и тяжелых супесей, суглинков и глин в I и II ДКЗ при всех типах местности по условиям увлажнения (табл. 7 Прил. 1); в III ДКЗ при 2-м и 3-м типах местности; в IV и V зонах при 3-м типе местности На участках земляного полотна из глинистых и пылеватых грунтов, склонных к пучению во II и III ДКЗ при втором типе гидрогеологических условий (табл. 6 Прил. 1), а также при первом типе в тех случаях, когда подстилающими грунтами являются глины, пылеватые и тяжелые суглинки или пылеватые супеси

Во всех документах содержатся дополнительные условия, при которых разрешается не устраивать дренирующие слои (табл. 1.2).

Границы и номера дорожно-климатических зон указаны в обязательном приложении 1 СНиП 2.05.02-85 [72].

Анализ табл. 1.1 показывает, что нет единых требований, определяющих условия проектирования дренирующих слоев. Наиболее точно, на наш взгляд, эти условия определены СНиП 2.05.02-85 [72], где подробно описаны типы грунтов, источники их увлажнения и, что наиболее важно, определена влажность грунтов основания для каждого типа увлажнения рабочего слоя земляного полоша. Влажность грунтового основания обуславливается типом грунта и источниками его увлажнения. Поэтому она должна стать основным критерием при определении необходимости устройства дренирующего слоя.

Метод районирования территорий по расчетной влажности грунтов земляного полотна разработан В. М. Сиденко [24, 65]. Автор выделяет два вида районирования: физическое и инженерное, и по каждому из них схематично дает основные принципы дифференциации территории. Физическое районирование строится, опираясь на учение о ландшафте и зональные и азональные закономерности формирования природных территориальных комплексов, инженерное - на установленной зависимости влияния компонентов комплекса на дорогу или строительный процесс. При этом учитывается характер изменения компонентов во времени и в пространстве. Предложенная система таксонометрических единиц включает зону, подзону, район, участок. Зоны и районы выделяются по зональному, подзоны и участки - по азональному признаку. Предложенные В. М. Сиденко принципы дорожного районирования существенно развивают дорожно-климатическое районирование. Он ставит вопрос о необходимости разработки зональных технических условий, отражающих особенности природных условий и специфику проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог в каждой зоне, дополняя этим общие Строительные нормы и правила.

Условия, допускающие проектирование дорожных и аэродромных одежд

без дренирующего слоя

СНиП 2.05.08-85 СНиП 2.05.02-85 Пособие...(к СНиП 2.05.02-85) ВСН 17-79

Допускается проектировать аэродромные одежды без устройства дренирующего слоя для аэродромов, располагаемых во П и Ш ДКЗ при песчаных и супесчаных грунтах, а также в IV зоне при глинистых и суглинистых грунтах основания; для аэродромов с жесткими покрытиями из сборных плит. Дренирующий слой не проектируют при расположении аэродрома во П и Ш ДКЗ, а также в I зоне (при отсутствии в районе строительства вечномерзлых грунтов) и естественное основание сложено песчаными грунтами, не склонными к эрозии; в IV и V ДКЗ - при всех видах грунтов естественного основания, не склонных к эрозии, осадке и набуханию Необходимость устройства дренирующих слоев на участках дорог, где основание или дополнительные слои выполнены из грунтов или каменных материалов, обработанных вяжущими, устанавливается расчетом на осушение Дренирующий слой можно не устраивать на участках дорог с морозозащитным слоем из слабопучинисгых песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 0.2 м/сут, в котором может разместиться вся поступающая вода без снижения прочности дорожной одежды. Необходимость устройства дренирующих слоев на участках дорог, где основания или дополнительные слои дорожной одежды выполнены из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими, устанавливается расчетом на осушение. Когда такие дренирующие слои не предусматриваются, следует устраивать дренирующие прослойки из нетканых синтетических материалов Допускается проектировать искусственное основание аэродромного покрытия без устройства дренирующего слоя для аэродромов, располагаемых во П и Ш ДКЗ при песчаных грунтах, а также в IV зоне при глинистых, суглинистых и пылевагых грунтах естественного основания

Разработанный им метод районирования доведен до практического применения. Выполнено районирование территории юго-запада России, Волгоградской, Кемеровской, Томской обл., Украины и государств Средней Азии [66, 67, 68].

В работе [11] отмечается наряду с положительными сторонами методики, что теоретические положения и принципы дорожного районирования разработаны схематично.

В зарубежной практике Межведомственным руководством дорожных исследований США издан доклад № 132 «Зависимость проектирования автомобильных дорог от местных физико-географических условий» [100]. В докладе обобщены сведения о местных дорожно-строительных материалах, несущей способности грунтов и их изменения под влиянием увлажнения. По комплексу этих условий территория США разделена на 97 физико-георгафических районов.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующий вывод. При определении условий применения дренирующих слоев необходимо исследовать весь комплекс природно-климатических, гидрогеологических условий, а также особенностей конструкции одежды. С учетом этих особенностей надлежит определять границы территорий, где необходимо применение мероприятий по осушению основания. Несомненно, эта проблема является предметом отдельных обширных исследований.

1.1.2. Порядок проектирования дренирующих слоев

Рассмотрим далее порядок проектирования дренирующих слоев. Для устройства дренирующих слоев применяют, согласно [73], пески крупные и средней крупности с коэффициентом фильтрации не менее 7 м/сут. Толщина устанавливается в соответствии с табл. 1.3.

При проектировании искусственных оснований из крупнозернистых материалов, укладываемых непосредственно на глинистый, суглинистый и

пылеватый грунт, должна быть предусмотрена противозаиливающая изолирующая прослойка из песка, шлака, обработанного вяжущими естественного грунта и других материалов, не переходящих в пластическое состояние при увлажнении, которая исключала бы возможность проникновения грунта основания при его увлажнении в слой крупнозернистого материала. Толщина изолирующей прослойки должна быть не менее размера наиболее крупных частиц, но не менее 5 см.

Таблица 1.3

Требования к толщине дренирующего слоя

Грунты естественного основания Минимальная толщина дренирующего слоя для ДКЗ, см

I II III IV

Глина, суглинок 35 30/35 20/25 15

Суглинок и супесь 50 40/50 30/35 15/20

пылеватые

Примечание.

Толщину слоя, указанную в числителе, следует принимать для районов, расположенных в южной части ДКЗ, в знаменателе - в северной части.

Согласно Пособия [57], для устройства дренирующих слоев с водоот-водящими устройствами следует использовать гравий, песок и другие зернистые материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Для устройства дренирующего слоя в насыпях только на ширину проезжей части и в выемках, особенно при 3-м типе местности по условиям увлажнения, следует использовать материалы, имеющие коэффициент фильтрации более 2 м/сут.

Коэффициент фильтрации дренирующего материала определяется прибором Союздорнии при максимальной плотности материала, установленной методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-77. За исключением гравия и природного песка, следует определять коэффициент фильтрации на образцах, которые прошли 10 циклов замораживания-оттаивания в водо-

насыщенном состоянии при температуре минус 10 °С и минус 5 °С соответственно для II и III ДКЗ. Испытания проводят в формах, в которых зернистый материал уплотняют до требуемой плотности, заливают водой и подвергают замораживанию-оттаиванию.

Толщина дренирующего слоя и необходимый коэффициент фильтрации устанавливается, согласно [57], расчетом по Инструкции ВСН 46-83 [13] в зависимости от количества воды, поступающей в основание проезжей части, способа ее отвода, длины фильтрации и других факторов.

Для дорожных одежд допускается применять дренирующие грунты с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут. В этом случае дренирующий слой рассчитывается на поглощение всего количества воды, поступающей за расчетный период. Расчет толщины дренирующего слоя по принципу поглощения производится согласно Пособию. Во всех случаях толщина дренирующего слоя принимается не менее 0,2 м.

По Инструкции [13] при проектировании учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций. Первый относится к началу весеннего периода, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло и образовалась талая зона, а дренирующий слой у ее краев находится еще в мерзлом состоянии и водоотводящие устройства не работают. Второй расчетный этап относится ко времени, когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводные устройства начали нормально работать.

Дренажная конструкция рассчитывается так, чтобы на первом этапе было обеспечено временное размещение поступающей воды в дренирующем слое до начала работы водоотводящих устройств, а на втором этапе вода своевременно и полностью отводилась бы из основания.

Для предотвращения неблагоприятного гидравлического воздействия на материал и обеспечения его устойчивости в дренирующем слое под действием кратковременных повторных нагрузок от движущихся автомобилей полная толщина дренирующего слоя должна быть равна

^п ~~ Ьнас ^зап ■> (1 • 1)

где кшс - толщина слоя полностью насыщенного водой, м; кзап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15 м и мелких 0,18-0,20 м.

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

При использовании материалов с коэффициентом фильтрации <4 м/сут дренирующий слой, полную толщину которого определяют из условия своевременного отвода воды, обеспечивает обычно и временное размещение ее до тех пор, пока не начнут работать водоотводящие устройства; при Щ, >7 м/сут дренирующий слой, рассчитанный на временное размещение воды, обеспечивает, как правило, и своевременный отвод ее после оттаивания во-доотводящих устройств; при =4-7 м/сут необходимо рассчитывать слой на обеспечение своевременного отвода воды и временное размещение ее.

Толщину дренирующего слоя из мелких и средней крупности песков следует определять с учетом движения воды не только в свободном состоянии, но и в зоне капиллярного насыщения.

Для устройства дренирующих слоев следует использовать дренирующие материалы (щебень, гравий, песок, шлак и др.), отвечающие требованиям ГОСТа. При содержании частиц мельче 0,15 мм не более 5% (по массе), а пылеватых, глинистых и илистых частиц, определяемых отмучиванием, в количестве, указанном в ГОСТе "Песок для строительных работ", материал заведомо пригоден для устройства дренирующего слоя.

В зависимости от коэффициента фильтрации дренирующего материала область преимущественного применения его характеризуется следующим.

При коэффициенте фильтрации материала, равном 1-2 м/сут, его целесообразно применять на участках, где требуется морозозащитный слой значительной толщины, устраиваемый на всю ширину земляного полотна, а также при 1-м типе местности по условиям увлажнения.

Для устройства дренирующего слоя в насыпях только на ширину проезжей части и в выемках, особенно при 3-м типе местности по условиям увлажнения, следует использовать материалы, имеющие коэффициент фильтрации более 2 м/сут.

При устройстве дренирующего слоя из крупных песков и других материалов с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут расчет его толщины на своевременный отвод воды ведут по номограмме (рис. 1.1). По известным

/у

значениям др (в кубических метрах за сутки на 1 м , см) и Кф (в метрах за сутки) на оси абсцисс номограммы находят величину д/Кф, а по ней на оси ординат - И нас (в метрах). При длине пути фильтрации Ь> 3,5 м найденное по номограмме значение /г Шс умножают на отношение Ь / 3,5.

Полная толщина дренирующего слоя вычисляется по формуле (1.1). По номограмме (рис. 1.1) также определяется требуемый коэффициент фильтрации дренирующего материала при известных значениях др, к, /', И Шс,

Метод расчета дренирующего слоя, устраиваемого из песков мелких и средней крупности, основан на закономерностях установившегося режима движения воды в двух взаимно связанных потоках, расположенных в два яруса: в нижнем потоке движется свободная, а в верхнем - капиллярная вода. Дренирующий слой в этом случае рассчитывается с помощью номограммы (рис 1.2). Для чего предварительно вычисляют отношение д' / Кф (где д' -

приток воды на 1 м дороги, м3/сут; Кф - коэффициент фильтрации дренирующего материала); при односкатном профиле проезжей части д' = дрВ, при двухскатном д' = 0,5дрВ (где;.В - ширина проезжей части, м). Затем по номограмме (рис. 1.2) при известных значениях д'/Кф и поперечного уклона

грунтового основания находят отношение 3,5 И тс/ Ь (горизонтальная ось) и по нему при заданной длине пути фильтрации определяют величину к нас, а по формуле (1.1)- полную толщину дренирующего слоя.

Номограмма для расчета дренирующего слоя из крупных

песков

0,20

0

0,004 0,008 Рис. 1.1

0,02 0,03

^0,04 \=0,05

0,012 Чр/Кф

Номограмма для расчета толщины Ннас дренирующего слоя из песков

мелких и средней крупности

0,1 0,2 0,3 3,5 Ьнас/1 Рис. 1.2

По этой же номограмме определяется требуемый коэффициент фильтрации материала при заданной толщине дренирующего слоя и известных других параметрах.

Дренирующий слой в конструкции с углубленными продольными ровиками, усиливающими процесс движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают с помощью номограмм (рис. 1.3).

По этим номограммам получают сразу полную толщину дренирующего слоя Нп в зависимости от крупности песка, расчетного объема притока воды в дренирующий слой коэффициента фильтрации дренирующего материала Кф, длины пути фильтрации Ь (расстояние от оси дороги до внешней бровки ровика), поперечного уклона низа дренирующего слоя /. По этим номограммам определяется требуемое значение коэффициента фильтрации песка при известных других параметрах конструкции.

Изложенный в Инструкции [13] метод расчета толщины дренирующего слоя основан на закономерностях установившегося режима движения воды. Использовать данную методику для склонов длиной более 10 м не представляется возможным ввиду явно завышенных результатов [6, 7] (так, например, при = 6 л/(м сут), Кф = 4 м/сут, / = 0,02 и Ь = 35 м Ьтс = 3,7 м).

Инструкцией [13] определен порядок расчета притока воды к дренажным конструкциям.

В основание проезжей части поступает вода, освобождающаяся при оттаивании переувлажненного грунта земляного полотна под проезжей частью и под обочинами, и вода от атмосферных осадков, проникающая с поверхности дороги и с придорожной полосы. Приток воды в основание традиционной конструкции, отнесенный к 1 м проезжей части, ц за сутки и <2 за весь расчетный период весной принимается по табл. 1.4. С учетом коэффициентов

л

"пик" и гидрологического запаса приток воды в дренирующий слой (в м на 1 м2 в сутки)

др = дКпКТ/1000; (1.2)

Номограмма для расчета дренирующего слоя в конструкции с углубленными продольными ровиками

а) б)

а) для мелкого песка; б) для песка средней крупности

Рис. 1.3

общий приток

б^р^зап, (1-3)

где Кп - коэффициент "пик", учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 1.5); Кг - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 1.5); Гзап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств (во II ДКЗ Гзш = 4-6 сут, в III зоне - 3-4 сут, большие значения для мелких песков).

Таблица 1.4

Расчетные значения общего и удельного избытка свободной воды

Дорожно-климати-ческая зона Тип местности по увлажнению Объем воды, поступающей в основание

Супесь легкая (непылеватая) и песок пылеватый (группа А) Суглинок непылеватый и глина (группа Б) Суглинок пылеватый (группа В) Супесь пылеватая (группа Г)

1 15/2,5 20/2 35/3 80/3,5

II 2 25/3 50/3 80/4 130/4,5

3 60/3,5 90/4 130/4,5 180/5

III 1 10/1,5 10/1,5 15/2 30/3

2 15/2 25/2 30/2,5 40/3

3 25/2,5 40/2,5 50/3,5 60/4

IV и V 3 20/2 20/2 30/2,5 40/3

Примечания:

1. В числителе дан общий объем воды О (в литрах на квадратный метр), поступающей в основание за весь расчетный период, а в знаменателе -ее удельное значение д.

2. Для насыпей из непылеватых грунтов, высотой более чем требуется по техническим нормам, во II ДКЗ принимают д = 1,5 л/(м2 сут).

3. При наличии разделительной полосы, для участков, проходящих в нулевых отметках, насыпей высотой менее чем требуется по техническим нормам, во II зоне расчетные значения <2 ид повышают на 20%.

4. Для восточных районов страны - уменьшают на 5-10%.

Таблица 1.5

Расчетные значения коэффициентов пик и гидрологического запаса

Дорожно-климатические Тип увлажнения местности Коэффициенты для грунтов

Не пылеватых Пылеватых

зоны Кп Кт

1 1,5 1,5 1/1

II 2 1,5 1,6 1,2/1,1

3 1,6 1,7 1,3/1,2

1 1,4 1,5 1/1

III 2 1,4 1,5 1,1/1

3 1,5 1,6 1,2/1,1

IV 3 - 1,3 1,1/1

Примечания:

1. Для непылеватых грунтов Кг =1,0.

2. В числители указано значение Кг для дрог I и II категорий, а в знаменателе - III и IV категорий.

В Инструкции [13] указывается, что на участках, где продольный уклон уменьшается, вода накапливается ввиду различных скоростей ее притока и оттока.

Количество воды, поступающей за сутки в основание на 1 м2 проезжей части

Цвог ~ (¡рКвог, , (1-4)

за весь срок запаздывания оттаивания водоотводящих устройств

Qboz Цвог Т30п , (1 -5)

где Квог - коэффициент, характеризующий накопление воды в местах изменения продольного уклона.

Если уклоны у перелома профиля имеют одинаковое направление, коэффициент Квог определяется по номограмме (рис. 1.4) в зависимости от отношений:

(ii-i2)/i2 и Кф i/n , (1.6)

где i], ¡2 - продольные уклоны выше и ниже перелома профиля, доли ед.; п -пористость материала дренирующего слоя, доли ед.; Кф - коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя, м/сут. При встречных уклонах продольного профиля

Квог -1+Кф (Тзап + l)(ii4ri2)/(2n). (1.7)

Согласно Пособия [57] объем воды, поступающей в дренирующее основание, складывается из притока от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в весенний период, объема воды, поступающего в пределах проезжей части из грунтов основания при их осадке после оттаивания, объема воды, поступающего в пределах проезжей части из грунтов основания под действием динамической нагрузки от автомобилей. Величина притока от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей

3 2

части в весенний период q атм(щ>.ч) (в м на 1 м ), определяется по формуле:

Щ, (1.8)

где НвП(Пр,ч) - количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна под проезжей частью, мм; шгр, - площадь, м2 (шгр=\ м2).

Hen (пр. ч) ~ А0д Нвп

(о), (1.9)

где Аод - коэффициент, учитывающий испарение воды из дорожной одежды и нижележащего грунта и аккумуляцию влаги в слоях дорожной

Номограмма для определения коэффициента Квог увеличения объема воды в дренирующем слое в местах изменения вогнутого профиля

2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 КфУп

\

\

\

\ -=1,0

^5

0,25 о^Р7"

Рис. 1.4

одежды, принимаемый в зависимости от дефицита влажности воздуха d, гПа; НвП(0) - суммарное количество воды, впитывающейся в покрытие, мм, определяемое по формуле:

Яв„(л,) = аотд1п(1 + ^д>0041п''-"», (1.10)

где а0 - показатель водопроницаемости покрытия (для цементобетонных покрытий, находящихся в удовлетворительном состоянии, ао=0,013 мм); Ъ0 - коэффициент, учитывающий степень заполнения влагой швов, микротрещин и пор покрытия перед дождем (Ьо=100 мин/мм); /д - средняя интенсивность дождя, мм/мин; ten (О) - продолжительность впитывания воды в покрытие, мин.

Объем воды, поступающий в пределах проезжей части из грунтов основания при их осадке после оттаивания,определяется по формуле:

Яотж(пр) ~ [/^(тах),нас{^у(з)нас^м(нас) ~ ^'у(в)нас^в(нас))х

х ifhtac ~ ^од ~~ Кз) + Рск(тгх),осн(^-у(з)осн^/Гм(осн) ~ ^у(з)осн^в(осн))х

Л^гр + Кд-КаЛ^гр/Рв^ О-П)

где рСк(тах),нас Рск(тах),осн - максимальная плотность скелета грунта по методу стандартного уплотнения соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, кг/м ; КУ(3)ШС, КУ(3)осн - коэффициент уплотнения грунта в конце зимы соответственно рабочего слоя земляного полоша и основания насыпи или выемки, безразмерная величина; КУ(в)нас, Ку(в)осн - коэффициент уплотнения грунта после его осадки в весенний период соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, безразмерная величина; WM(HacJ, WM(-0CHj - влажность грунта в конце зимы соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, доли единицы; We(Hac), We(ocH) - влажность грунта после его осадки в весенний период соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, доли единицы.

Объем воды, поступающий в пределах проезжей части из грунтов основания под действием динамической нагрузки от автомобилей, определяется по графикам (рис. 1.5) в зависимости от разновидности грунта и его влажности в весенний период в слое грунта, из которого будет происходить отжатие воды, а также от величины нагрузки <jH O от автомобилей на этот слой.

Для установления величины цотж(р) предварительно вычисляется значение удельной нагрузки от расчетного автомобиля на поверхность глинистого грунта сгн о, МПа, по формуле:

= 1 + 1.5(Z3m /D У ' (U2)

где

гэкв =^Ь0ДЩЕД0/ЕГР, (1.13)

где Z3m - толщина эквивалентного слоя грунта, см; Иод - толщина дорожной одежды, см; Едо - средний модуль упругости дорожной одежды, МПа; Erp -модуль упругости грунта, МПа; Р - среднее расчетное удельное давление колеса на покрытие, МПа; D - расчетный диаметр следа колеса автомобиля, см.

Толщина слоя грунта, из которого будет происходить отжатие воды, определяется по формуле:

7 = Dyl(P ~ h ПЛА,

^отж ., Тп od' V114/'

1-ЩЕдо/Егр

где <7отж - минимальное значение напряжений, при которых не будет отжатая воды, МПа, принимаемое 0,01 МПа для супесчаных грунтов, 0,012 МПа - для суглинков и глин.

Однако, формулы (1.12)-(1.14) применимы только для нежестких покрытий. Недостатками методики также является то, что грунт принимается полностью оттаявшим, что значительно увеличивает величину притока.

Графики для определения объема воды, отжимаемой из грунтов основания под действием динамической нагрузки от автомобилей

а)

£?отж(рЬ М3/м2

6 Ю-3

/ к/ "2

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Блинов, Михаил Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведенные исследования позволяют обеспечить регулирование водного режима грунтов основания и повышение его несущей способности с использованием дренирующих слоев.

В соответствии с целью и задачами исследований получены следующие выводы:

1) теоретические исследования основных источников увлажнения дренирующего слоя, проведенные в работе, и процесса инфильтрации позволили перейти к количественной оценке величины притока из частично оттаявших переувлажненных естественных оснований, на которую кроме различных геофизических факторов, существенное влияние оказывают также воздействие эксплуатационных нагрузок, фильтрационно-деформативные свойства грунтов и конструктивные особенности покрытия. Установлено, что основным источником увлажнения дренирующего слоя является вода, отжимаемая из грунтового основания при его осадке после оттаивания и под воздействием колесной нагрузки;

2) исследование процесса образования и растекания бугра грунтовых вод, образующегося при динамическом воздействии колеса на покрытие, показало, что напор, возникший в грунте основания, в начальный момент интенсивно снижается за счет восстановления упругих деформаций. Далее происходит плавное уменьшение остаточного напора, обеспечивающее длительное увлажнение дренирующего слоя, и в дренирующем слое образуется бугор грунтовых вод. Высота этого бугра зависит от величины и времени действия нагрузки, конструкции дорожной (аэродромной) одежды, деформационных характеристик грунта, толщины оттаявшего слоя и коэффициента фильтрации дренирующего слоя. Растекание образовавшегося бугра происходит в течение нескольких часов;

3) экспериментальные исследования процесса растекания бугра грунтовых вод на наклонном водоупоре подтвердили соответствие полученных теоретических предпосылок для проектирования дренирующих слоев;

4) на основании проведенных исследований предложены рекомендации по проектированию дренирующих слоев дорожных (аэродромных) одежд:

- при переувлажнении связных грунтов естественных оснований свыше значения критической влажности, определяемой уровнем проектной надежности, в конструкции покрытия необходимо предусматривать дренирующие слои;

- расчет дренирующих слоев необходимо производить исходя из законов неустановившегося режима движения воды в грунте. Для того, чтобы обеспечить несущую способность дренирующего слоя и его эффективную работу по отводу избытка воды за пределы покрытий, необходимо, чтобы толщина его конструкции превышала сумму глубины потока и высоты капиллярного поднятия воды в материале слоя с учетом накопления воды за период разницы времени оттаивания покрытия и основания;

- для предотвращения заиливания дренирующего слоя и фильтрационных разрушений в грунте основания необходимо предусматривать проти-возаиливающие слои или прослойки из синтетических материалов;

- для предупреждения переувлажнения естественного основания за счет временного капиллярного увлажнения целесообразно возвышать естественное основание над проектной поверхностью прилегающей местности на величину большую, чем высота капиллярного поднятия в грунте в течение периода увлажнения;

- с цчиью снижения расчетной толщины дренирующего слоя поверхность грунтового основания проектировать с уклоном не менее 0,015.

Учет физических процессов, протекающих в основаниях покрытий, позволяет создать наиболее эффективную конструкцию покрытий аэродромных одежд и тем самым обеспечить их высокую долговечность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Блинов, Михаил Владимирович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - С. 141-166.

2. Аравин В. И. Вопросы исследования неустановившейся и осесиммет-ричной фильтрации при помощи вязкостной аналогии// Изв. ВНИИГ Т.78, 1965,- С. 204-213.

3. Блинов М. В. Уточнение уравнения движения воды в дренирующем слое// Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации. Тез. докл. на Все-рос. науч. конф. Воронеж: ВВВАИУ, 1997. - С. 268-269.

4. Блинов М. В. Моделирование фильтрационных процессов в дренирующих слоях аэродромных покрытий с помощью щелевого лотка// Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации. Межвуз. сб. науч.-мет. тр. Часть 2. Воронеж: ВВВАИУ, 1998. - С. 15-22.

5. Блинов М. В. Фильтрация воды в дренирующих слоях аэродромных и дорожных покрытий// Современные проблемы механики и прикладной математики. Тез. докл. школы. Воронеж: ВГУ, 1998. - С. 45.

6. Блинов М. В. Моделирование процесса растекания бугра грунтовых вод на наклонном водоупоре// Материалы 52-й научно-техн. конф./ Краткое сод. докл. аспирантов и соискателей. Воронеж: ВГАСА, 1999. - С. 36-37.

7. Блинов М. В. К вопросу проектирования дренирующих слоев дорожных и аэродромных одежд// Материалы 52-й научно-техн. конф./ Краткое сод. докл. аспирантов и соискателей. Воронеж: ВГАСА, 1999. - С. 38-39.

8. Васильев В.И. К вопросу определения величины удельного притока воды в дренирующий слой аэродромных покрытий// Тр. ВИКИ им. А.Ф. Мо-

жайского, Ленинград, 1981, вып. 595,- С. 27.

9. Веригин H.H. Консолидация грунта под гибким фундаментом (плоская задача)// Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5,1961,- С. 12-13.

10. Веригин H.H. О термодинамическом расчете искусственного замораживания грунтов//Докл. АН СССР, т. 81. Москва, №5, 1951,- С.803-806.

11. Виноградский А. К. Дорожное районирование. - М.: Транспорт, 1989.- 95 с.

12. ВСН 17-79. Инструкция по проектированию водоотвода на летных полях постоянных аэродромов. Минобороны. - М., 1979. - 112 с.

13. ВСН 46-83.Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. Министерство транспортного строительства СССР. - М.: Транспорт, 1985.-157 с.

14. ВСН 49-86. Указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд с применением синтетических материалов/ Минавтодор РСФСР. - М.: Транспорт, 1988. - 65 с.

15. Герсеванов Н. М. Динамика грунтовой массы. - М.: Госстройиздат, 1934.-256 с.

16. Гольдштейн М. Н. Механические свойства грунтов. - М.: - Стройиздат, 1979,-283с.

17. Горецкий Г. И., Бабков В. Ф., Тригони В. Е. Изыскания и проектирование аэродромов. М.: Транспорт, 1992.-С. 328.

18. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Стройиздат, 1981. - 319 е., ил.

19. Единые нормы времени на перевозку грузов автомобильным транспортом и сдельные расценки для оплаты труда водителей. - М.: Экономика, 1990,- 46 с.

20. Жуковский Н. Е. Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод// Полн. собр. соч., т. 7. Москва, 1937,- С. 78-92.

21.3айдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений. - Л.: Наука, 1968.-218 с.

22. Зарецкий Ю. К. К расчету осадок оттаявшего грунта// Основания, фундаменты и механика грунтов, 1968, №3,- С. 22-23.

23. Зарецкий Ю. К. Теория консолидации грунтов. - М.: Наука, 1967,- 270 с.

24. Золотарь И. А., Пузаков Н. А., Сиденко В. М. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. М.: Транспорт, 1971,- 413 с.

25. Иванов П. JI. Разжижение песчаных грунтов. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1962,- 260 с.

26. Ионат В. А. Расчет горизонтального дренажа в неоднородных грунтах. Таллин, 1962,- 342с.

27. Использование нетканых материалов для гражданского строительства и его преимущества/ Обзор исследований фирмы «Рон-Пуленк», Париж, 1974. - 76 с.

28. Каменомостская С. Л. О задаче Стефана//Мат. сб., 1961, Т.53, №4, с.489-514.

29. Каменомостская С. Л. Об одной задаче теории фильтрации.// Мат. сб., 1957, Т. 116, №1, С. 18-20.

30. Камынин Л.И. О линейной задаче H.H. Веригина.// Докл. АН СССР. 1963, Т. 150, №6, с.1210-1213.

31. Камынин Л.И. О решении краевых задач для параболического уравнения с разрывными коэффициентами.// Докл. АН СССР. 1961, Т. 139, №5, с.1048-1051.

32. Караськин В. Т. Опыт строительства карьерных дорог с использованием геотекстильных материалов// Черная металлургия, 1992, №2. - С. 23-24.

33. Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.-С. 50.

34. Косачевский Л. Я. О распространении упругих волн в двухкомпонентных средах// Прикладная математика и механика, т. 28, вып. 6, 1959. - С. 82-89.

35. Кочина H.H. Некоторые решения неоднородного уравнения диффузии// Докл. АН СССР. 1969, т. 186, №1, с.54-67.

36. Кочина H.H. Об одной задаче неустановившегося движения грунтовых вод с испарением// ЖПМТФ, 1970, №4, с. 102-105.

37. Кочина H.H. Об одном решении одномерного уравнения диффузии в ог-

раниченной области// Докл. АН СССР, 1969, т. 184, №3, с.562-565.

38. Куканов В. И., Лопащук В. В. Оценка эффективности осушения земляного полотна синтетическими неткаными материалами/ В кн. Синтетические нетканые материалы в конструкциях автомобильных дорог. - М.: Союздорнии, 1983.-С.75.

39. Лебедев Н. А. Оценка химической устойчивости доржных геотекстилей// Автомобильные дороги, 1992, №2. - С. 24-25.

40. Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. - М.: Гостехиздат, 1947. 325 с.

41. Лобастова Н. Г., Эйслер Л. А. Некоторые результаты исследования механизма разрушения скелета водонасыщенных песков при воздействии плоской волны сжатия// Труды коорд. совещаний по гидротехнике, 1970, вып. 4. - С. 48-51.

42. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988,.-239 е.: ил.

43. Ляхтер В. М., Дидух Б. И. Одномерные краевые задачи динамики водона-сыщенной среды. - Тр. Гидропроекта, 1971, сб.20, с. 167-196.

44. Малышев М. В. Расчет осадки фундаментов на оттаивающем грунте// Основания, фундаменты и механика грунтов, 1956,№4. - С. 23-24.

45. Николаевский В. Н., Басниев К. С., Горбунов А. Т., Зотов Г. А. Механика насыщенных пористых сред. - М.: Недра, 1970, с. 339.

46. Обработка опытных данных и представление результатов измерений: Справочное пособие. -М: Изд. Минобороны, 1979,- С. 160-163.

47. Отчет по НИР. Анализ производственных возможностей дорожно-строительных частей и предложения по совершенствованию их технического оснащения. - М.: в/ч 44526, 1989. - С. 143.

48. Павловский Н. Н. Движение грунтовых вод// Собр. соч., т. 2. М.: изд. АН СССР, 1956,- С. 136-142.

49. Пеньковский В.И. Неустановившееся напорно-безнапорное движение в

щелевом лотке//Изв. АН СССР, МЖГ, 1966, № 2, с. 120-122.

50. Пеньковский В.И. Рыбакова С.Т. О влиянии начальных градиентов напора на фильтрацию в слоистых грунтах// Динамика сплошной среды, Новосибирск, Наука, 1969, вып. 2,- с. 100-113.

51. Перков Ю. М., Фомин А. П. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. Применение синтетических тканых и нетканых материалов в дорожном строительстве/ Обзорная информация, вып. 4. - М.: «Наука», 1979. - С. 4-10.

52. Перков Ю. Р., Фомин А. П. Опыт применения синтетических рулонных материалов в дорожном строительстве/ Автомобильные дороги. Обзорная информация/ ЦНТБИ Минавтодора РФ, вып. 3, Москва, 1987. - 68 с.

53. Полубаринова-Кочина П.Я. О влиянии уклона водоупора и инфильтрации на неустановившееся движение грунтовых вод// Докл. АН СССР, т. 75, №3,-С. 357-360.

54. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. Изд. 2-е, Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", М.: 1977,- С. 628.

55. Полубаринова-Кочина П.Я., В.Г.Пряжинская, В.Н.Эмих. Математические методы в вопросах орошения. -М.: Наука, 1969,- 414с.

56. Полубаринова-Кочина П.Я. О динамике грунтовых вод при поливах// Прикладная математика и механика, т. XV, 1951, вып. 6,- С. 14-18.

57. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85)/СоюздорНИИ. -М.: Стройиздат, 1989.-97 с.

58. Прандтль JI. Гидроаэромеханика (пер. с нем.). Изд. 2-е. - М.: Гос. изд-во ин. лит., 1951,- 576 с.

59. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР (1917-1967)/Отв. Ред. П.Я.Полубаринова-Кочина.- М.: Наука, 1969,- 546с.

60. Рахматулин X. А. Основы газодинамики взаимопроницаемых движений сжимаемых сред// Прикладная математика и механика, т. 20, вып. 2,1956.

61. Рувинский В. И., Зубкова В. И., Никоноров Ю. А., Черняев С. В. Улучшение водно-теплового режима земляного полотна применением нетканых синтетических материалов// Автомобильные дороги, 1978, №4. - С. 6-8.

62. Рувинский В. И., Черняев С. В. Теоретические основы применения нетканых синтетических материалов для регулирования водно-теплового режима земляного полотна// Тр. Союздорнии вып. 95 - М.: 1978.- С. 100.

63. Румшинский Л. 3. Математическая обработка результатов измерений. -М.: Наука, 1971.-240 с.

64. Сиденко В. М., Батраков О. Г., Покутнев Ю. А. Дорожные одежды с паро-гидроизоляционными слоями. - М.: Транспорт, 1984. - С. 8-24.

65. Сиденко В. М. И др. Автомобильные дороги (Совершенствование методов проектирования и строительства). Киев: Будивельник, 1973. 76с.

66. Сиденко В. М. К вопросу дорожно-климатического районирования Киргизии и обоснования параметров для проектирования полотна и дорожных одежд// Тр. Фрунзенского политехи, инст., 1971,- С. 34-37.

67. Сиденко В. М. Принципы дорожного районирования пустынной зоны СССР// Тр. Всесоюзн. межведомств, конференции по использованию автомобильных дорог и автомобилей в условиях жаркого климата и высокогорья, Ташкент, 1971. - С. 16-18.

68. Сиденко В. М. Теоретические основы дорожного районирования// Материалы Всесоюзн. Научной конференции по проектированию, строительству и эксплуатации лесовозных дорог, Минск, 1972. - С. 7-10.

69. Синтетические материалы, используемые при строительстве и ремонте автомобильных дорог/ Обзорная информация, вып. 2. - М.: Информавтодор, 1994.-С. 57.

70. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве/ Казарновский В. Д., Полуновский А. Г., Рувинский В. И. и др./ Под ред. Казарновского В. Д. - М.: Транспорт, 1984. - С. 9.

71. СН 509-78. Инструкция по определению экономической эффективности

использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1979, - 65с.

72. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. -56с.

73. СНиП 2.05.08-85 Аэродромы. Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. -58с.

74. СНиП IV-4-82. Приложение. Сборник сметных цен на перевозки грузов для строительства. Ч. I. Железнодорожные и автомобильные перевозки/ Госстрой СССР,- М.: Стройиздат, 1982,- 144 с.

75. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 31. Аэродромы./ Госстрой СССР,- М.: Стройиздат, 1983,- 16 с.

76. Соболев С. JI. Уравнения математической физики. Изд. 4. - М.: Наука, 1966, - 443с.

77. Табаков Н. В. и др. Геотекстильный материал из поликарпромида в дорожном строительстве// Транспортное строительство, 1994, №1. - С. 33-35.

78. Терцаги К. Теория механики грунтов. -М.: Стройиздат, 1961,- С. 508.

79. Тихонов А.И., Самарский A.A. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1977.-735 с.

80. Тулаев А. Я. Конструкция и расчет дренажных устройств. - М.: Транспорт, 1980. - 191 с.

81. Тулаев А. Я. Осушение земляного полотна городских дорог. -М.: Стройиздат, 1983- 132с., ил.

82. Тулаев А. Я. Рувинский В. И. Исследование водопроницаемости обочин методом радиоактивных индикаторов// Тр. Союздорнии, 1975, вып. 76,- С. 136-150.

83. Тулаев А.Я. Расчет дренирующих слоев для случая неустановившегося движения и фильтрации воды в капиллярной зоне// Тр. МАДИ, 1975, сб. 94. - С. 18-32.

84. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985. -384 с.

85. Фельдман Г.М. Решение одномерной задачи консолидации оттаивающих грунтов с учетом переменной проницаемости и сжимаемости. - Якутск: Материалы Всесоюзного совещания по геокриологии, вып. 5, 1966. - С. 45-46.

86. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Т. 1: Пер. с англ. -М.: Мир,1991,- 504 е., ил.

87. Флорин В. А. Основы механики грунтов, т. 1. М.: Стройиздат, 1961.-С.218.

88. Флорин В.А. Основы механики грунтов, т. 2. - М.: Госстройиздат, 1959.- 358 с.

89. Фофонов Ю. М., Блинов М. В. Проектирование дренирующих слоев аэродромных одежд// Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации. Тез. докл. на Всерос. науч. конф. Воронеж: ВВВАИУ, 1997. - С. 266-267.

90. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. - М.: Высшая школа, 1973,448 с.

91. Цытович Н. А., Вотяков И. Н., Пономарев В. Д. Методические рекомендации по исследованию осадок оттаивающих грунтов. Изд-во АН СССР, 1961.-76 с.

92. Цытович Н. А., Григорьева В. Г., Зарецкий Ю. К. Исследование консолидации оттаивающих льдонасыщенных грунтов. Сб. НИИ оснований, № 56. Госстройиздат, 1966. - С. 93-99.

93. Цытович Н. А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. - М.: Высшая школа, 1980, с.217.

94. Черняев С. В. Исследование эффективности применения нетканых синтетических материалов в качестве дренирующих и капилляропрерывающих прослоек// Труды Союздорнии вып. 97., 1980.- С. 94.

95. Шушерина Е. П. Исследование изменений физико-механических свойств грунтов в результате их промерзания и последующего оттаивания. Автореферат кандидатской диссертации, Москва, 1955,- 20 с.

96. Blumer М. Anwendung von vliesmatten in Stressenban// Autostrasse, 1974, №6. -S. 9-13, ill.

97. Byler R. Synthetic blanket curves access road headache// New Civil Eng., 1975,

№135. - P.33.

98. Сиденко В. M., Анфимов В. А., Гудзинский M. Н. Дорожное районирование УССР// Атомобшьт дороги i дорожне буд1вництнво, Киев, вып. XII, 1973.-С. 61-65.

99. Degerlund С. Geotextiles in road construction and maintenance// Abr. Rev. Bas. And Fechnol, 1988, №9. - P. 92, 94-95.

100. «Filling system» of physiographic units helps to resolve local design criteria// Highway Res. News, 1973, № 51, p. 42-43.

101. Geotextiles begin to find there teed// Constr. Ind. Int., 1989,15, №2. - P. 30.

102. Geotextiles et technique routes. Lutte antifessures// Revue ganeral des routes et des aerodroms, 1990, №679. - P. 25-29.

103. Hayward D. Delays not doubts on fin drain debut// New Civil Engineer, 1987, №761.-P. 20-21.

104. Jackson T. J., Ragan R. M. Hydrology of porous pavement parking lots// Prog. Amer/ Soc. Civil Engrs, 1974, XII, vol. 100, NHY12. - P. 1739-1752, ill.

105. Kisskalt J., Kossendey T. Untersuchungen zur Langzeitfilterwirksamkait von Geotextilien unter statischer und dunamischer Beanspruchung// Strasse und Autoban, 1994, №26. - C. 187-190,192.

106. Koerner R., Koerner G., Fanim A. Long-term performance of geosignthetics in drainage applications// NCHRP Rept/ Nat. Corp. Highway Pes. Program, 1994, №367.-P. 1-54.

107. Montagnon M. Pes addififs de structure aux geotextiles// Poute act., 1993, №26.-P. 95-97.

108. Perrier H. Geotextile en Guyane. Enduits renforces// Roads and Traffic 2000: Int. Roads and Traffic conf., Berlin, 1988, vol. 2/2. - P. 141-146.

109. Ring G. W. Drainage design criteria for pavement structures// Public Roads, 1978, №12.-P. 23-25.

110. Sale J. P. Membrane encapsulated soil, layers// Pros. Amer. Soc. Civil Engrs., 1973, XII, vol. 99, NSM12. - P. 1077-1089.

Таблица 1

Расчетные схемы увлажнения

Схема увлажнения

Источники увлажнения

Условия отнесения к данному типу увлажнения

1-я

2-я

Атмосферные осадки

Кратковременно стоящие (до 30 сут.) поверхностные воды; атмосферные осадки

Для насыпей на участках 1-го типа местности по условиям увлажнения (табл. 2).

Для насыпей на участках местности 2-го и 3-го типов по условиям увлажнения при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод или над поверхностью земли более, чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 4.

Для насыпей на участках 2-го типа при расстоянии от уреза поверхностной воды (отсутствующей не менее 2/3 летнего периода) более 5-10 м при супесях; 2-5 м при легких пылеватых суглинках и 2 м при тяжелых пылеватых суглинках и глинах (меньшие значения следует принимать для грунтов с большим числом пластичности; при залегании различных грунтов - принимать наибольшие значения).

В выемках в песчаных и глинистых грунтах при уклонах кюветов более 20%о (в 1-Ш дорожно-климатических зонах) и при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод более, чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 4.

При применении специальных методов регулирования водно-теплового режима (капилляропрерывающие, гидроизолирующие, теплоизолирующие и армирующие прослойки, дренаж и т. п.), назначаемых по специальным расчетам.

Для насыпей на участках 2-го типа местности по условиям увлажнения (табл. 2) при возвышении поверхности покрытия, не менее требуемого по табл. 1.6 и не более, чем в 1,5 раза превышающим эти требования, и при крутизне откосов не менее 1:1,5 и простом (без берм) поперечном профиле насыпи.

Для насыпей на участках 3-го типа местности при применении специальных мероприятий по защите от грунтовых вод (капилляропрерывающие, гидроизолирующие слои

00 о

Схема увлажнения Источники увлажнения Условия отнесения к данному типу увлажнения

3-я Грунтовые или длительно (более 30 суток) стоящие поверхностные воды; атмосферные осанки и дренаж), назначаемых по специальным расчетам, отсутствии длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод и выполнении условий предыдущего абзаца. В выемках в песчаных и глинистых грунтах при уклонах кюветов менее 20%о (в I, II зонах) и возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод более, чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 4. Для насыпей на участках 3-го типа местности по условиям увлажнения (табл. 2) при возвышении поверхности покрытия, отвечающем требованиям табл. 1.6,но не превышающем их более, чем в 1,5 раза. То же, для выемок, в основании которых имеется уровень грунтовых вод, расположение которого по глубине не превышает требования табл. 1.6 более, чем в 1,5 раза

Таблица 2

Типы местности по характеру и степени увлажнения

Тип местности Признаки в зависимости от дорожно-климатических зон

I II III IV V

1-й Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов; мощность деятельного слоя более 2,5 м при непросадочных Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы се- Поверхностный сток обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - Грунтовые воды не влияют на увлажнение; почвы в северной части бурые, в южной

Тип местности Признаки в зависимости от дорожно-климатических зон

I II III IV V

грунтах влажностью менее 0,7 © t слабо - и средне-подзолистые или дерново- подзолистые без признаков заболачивания рые, лесные слабоподзолистые, в северной части зоны - темно-серые лесные и черноземы оподзоленные и выщелоченные черноземы тучные или мощные, в южной части зоны - южные черноземы, темно-капгга-новые и каштановые почвы светло-бурые и сероземы

2-й Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы тундровые с резко выраженными признаками заболачивания; мощность сезонно оттаивающего слоя от 1,0 до 2,5 м при наличии глинистых про-садочных грунтов влажностью более 0,8 & i Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы средне - и сильноподзолистые и полуболотные с признаками заболачивания Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы подзолистые или полуболотные с признаками оглеения, в южной части -лугово- черноземные, солонцы и солоди Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - сильно солонцеватые черноземы, каштановые, солонцы и солоди Поверхностный сток не обеспечен; грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; почвы - солонцы, такьгры, солон-чаковатые солонцы и реже солончаки

3-й Грунтовые или длительно (более 30 суток) стоящие поверхностные воды оказывают Грунтовые воды или длительно (более 30 суток) То же, что для II зоны Грунтовые воды и длительно (более 30 суток) Грунтовые воды и длительно (более 30 су-

Тип местности Признаки в зависимости от дорожно-климатических зон

I II III IV V

влияние на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы тундровые и болотные, торфяники; мощность сезонно оттаивающего слоя до 1,0 м при наличии глинистых сильнопросадочных грунтов, содержащих в пределах двойной мощности сезонного оттаивания линзы льда толщиной более 10 см стоящие поверхностные воды оказывают влияние на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы торфяно-болотные или полуболотные стоящие поверхностные воды оказывают влияние на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы полуболотные или болотные, солончаки и со-лончаковатые солонцы ток) стоящие поверхностные воды оказывают влияние на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы - солончаки, постоянно орошаемые территории

Примечания:

1. Участки, где залегают песчано-гравийные или песчаные грунты (за исключением мелких пылеватых песков) мощностью более 5 м при расположении уровня грунтовых вод на глубине более 3 м во П, Ш ДКЗ и более 2 м в IV, V ДКЗ, относятся к первому типу независимо от наличия поверхностного стока (при отсутствии длительного подтопления).

2. Грунтовые воды не оказывают влияния на увлажнение верхней толщи грунтов в случае, если их уровень в предморозный период залегает ниже глубины промерзания не менее, чем на 2,0 м при глинах, суглинках тяжелых пылеватых и тяжелых; на 1,5 м в суглинках легких пылеватых и легких, супесях тяжелых пылеватых и пылеватых; на 1.0 м в супесях легких, легких крупных и песках пылеватых.

3. Поверхностный сток считается обеспеченным при уклонах поверхности грунта в пределах полосы отвода более 2 0 /сю.

Тип гидрогеологических условий Глубина горизонта подземных вод к началу промерзания грунта

1 Больше глубины промерзания на:

2,0 м - в глинах, суглинках пылеватых;

1,5 м - в суглинках, супесях пылеватых;

1,0 м - в супесях, песках, песках пылеватых

2 Больше глубины промерзания, но меньше, чем для

1-го типа

3 Меньше глубины промерзания

Примечания:

1. Глубина промерзания определяется расчетом для открытой поверхности покрытия и исчисляется от его верха с учетом вертикальной планировки поверхности и теплотехнических характеристик оснований и покрытия.

2. Глубина горизонта подземных вод к началу промерзания грунта исчисляется от верха покрытия до уровня подземных вод, установленного изысканиями, а при наличии глубинного дренажа или других водопонижающих устройств - до верха депрессионной кривой.

Таблица 4

Требования по возвышению поверхности покрытия

Грунт рабочего слоя Наименьшее возвышение поверхности покрытия, м, в пределах дорожно-климатических зон

II III IV V

Песок мелкий, супесь легкая крупная, супесь легкая и. 0,9 0^9 0,7 0,75 0,55 0*5 0,3

Песок пылеватый, супесь пылеватая 1Л 12 и. М

1,2 1,0 0,8 0,5

Грунт рабочего слоя Наименьшее возвышение поверхности покрытия, м,

в пределах дорожно -климатических зон

II III IV V

Суглинок легкий, суглинок тяжелый, глины 22 1Л и» 11

1,6 1,4 1,1 0,8

Супесь тяжелая пыле- 2Л 2Л и 12

ватая, суглинок лег-

кий пылеватыи, суглинок тяжелый пыле- 1,8 1,5 1,3 0,8

ватый

Примечание.

В числителе - возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод, в знаменателе - то же, над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод.

Таблица 5

Типы увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна Основные источники увлажнения Признаки данного типа увлажнения

1 2 Атмосферные осадки Атмосферные осадки + поверхностные Поверхностный сток на местности обеспечен, в выемке продольный уклон не менее 20%о. Грунтовые воды или верховодка залегают на "безопасной" глубине от верха покрытия проезжей части Поверхностный сток на местности не обеспечен, в выемке продольный

Тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна Основные источники увлажнения Признаки данного типа увлажнения

3 воды, застаивающиеся вблизи дороги в осенний и весенний периоды года Атмосферные осадки + грунтовые воды или верховодка или атмосферные осадки + поверхностные воды при круглогодичном их стоянии у подошвы насыпи уклон менее 20%о. Отсутствуют специальные инженерные мероприятия по защите земляного полотна от увлажнения поверхностными водами. Положение расчетного горизонта грунтовых вод или верховодки то же, что и при первом типе увлажнения Расчетный горизонт грунтовых вод или верховодки залегает выше "безопасной" глубины. Почвы с признаками заболачивания и болотные почвы. Отсутствуют специальные инженерные мероприятия по защите земляного полотна от увлажнения поверхностными и грунтовыми водами и верховодкой

Под рабочим слоем понимается часть полотна, располагающаяся в пре-

делах земляного полотна от низа дорожной одежды на /з глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия.

В качестве расчетных горизонтов грунтовых вод принимается их наивысшие уровни осецью и весной в период между капитальными ремонтами дорожной одежды. При наличии верховодки за расчетный уровень этих вод принимается горизонт оглеения.

"Безопасную" глубину залегания грунтовых вод и верховодки от верха покрытия проезжей части перед промерзанием земляного полотна Нб.УР(ос), м и в период оттаивания Нб.ур(в), м определяют по выражениям:

Нб.ур(ос) = Кд + Кр + К, при hod + hnp> 1,5 м; (1)

Нб.ур(в) = 1,5 + hK при hod + КР< 1,5 м, (2)

где к^ - толщина дорожной одежды, м; Ипр - глубина промерзания земляного полотна от низа дорожной одежды, м; НК - высота капиллярного поднятия воды в грунте, м; 1,5 - минимальная толщина рабочего слоя земляного полотна.

Таблица 6

Типы гидрогеологических условий

« Я

03

о

4

о

>>

X!

О

<и

и

о §

<а и

о &

£

И

¡21 н

Характеристика местности

Показатели увлажнения

х

В «

о н

I

о в

н о

н §

в «

9, о

Си V"

й л а

О ВО

и ш

СЗ

И В

к 5

ю к

сЬ

со

а

о &

г

И «

в

и О

о

5? ®

И в

К «

О)

^ 5

о 2 Е

та

К

К К

с

га <и

Р<

В

Он «

8 * & ,2 н 5В

Я Й « 0

■

гч

(О

В Я ю

9

со

а а) Я

В.

о о в

X

а-а> м о в

н о

в о

I

II

III

Сухие места без избыточного увлажнения с обеспеченным поверхностным стоком, низким уровнем грунтовых вод и как следствие этого -отсутствием капиллярного поднятия воды в активную зону работы грунта

Временное избыточное увлажнение поверхностными водами, обусловленное плохой фильтрацией грунтов и недостаточным поверхностным водоотводом при низком уровне грунтовых вод

Постоянное избыточное увлажнение, обусловленное высоким уровнем грунтовых вод или верховодки в осенний период, большим числом годовых осадков при плохой фильтрации грунтов и недостаточном поверхностном водоотводе и как следствие этого - капиллярным поднятием воды в активную зону работы грунта

Больше суммы глубины промерзания и высоты капиллярного поднятия

Больше глубины промерзания

Меньше глубины промерзания

От гигроскопической до молекулярной влагоемкости

От молекулярной влаго-емкости до максимальной капиллярной влагоемкости

От максимальной молекулярной влагоемкости до полного насыщения пор гравитационной влагой

Типы местности по условиям увлажнения

Тип местности Условия увлажнения Признаки

1 Сухие места Поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не оказывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи почвогрунтов. В I зоне, кроме того, мощность се-зонно оттаивающего слоя достигает 2,5 м; грунты гравийно-галечниковые, песчаные, а также супесчаные, глинистые, непросадочные с влажностью менее 0,7 Wт

2 Сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды года Поверхностный сток не обеспечен, но грунтовые воды не оказывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи почвогрунтов. Почвы с признаками поверхностного заболачивания. Весной и осенью появляется застой воды на поверхности. В I зоне, кроме того, это плоские водоразделы, пологие склоны гор и их шлейфы с мощностью сезонно оттаивающего слоя от 1,0 до 2,5 м. Грунты глинистые просадочные, с влажностью 0,7 - 0,9 Wт

3 Места с постоянным избыточным увлажнением ' Грунтовые воды или длительно стоящие (более 30 суток) поверхностные воды влияют на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы торфяные, оглеенные, с признаками заболачивания, а также солончаки и постоянно орошаемые территории засушливых областей. В I зоне, кроме того, заболоченные тальвеги, замкнутые впадины с развитым мохо-торфяным покровом и малой мощностью (до 1,0 м) сезонно оттаивающего слоя; грунты глинистые, сильнопросадочные, содержащие в пределах двойной мощности сезонного оттаивания линзы льда толщиной более 10 см. Влажность связных грунтов более 0,9

оо оо