При наличии усовершенствованных водонепроницаемых покрытий грунты верхней части земляного полотна через 15-20 лет сильно «стареют», т.е. превращаются в оглеенные и при этом их прочность также постепенно снижается.
ОТКОСЫ глубоких выемок и высоких насыпей подвержены следующим деформациям:
а) сползание дернового покрова по откосу выемки, происходящее в основном при связных грунтах после оттаивания;
б) воронкообразные выносы, образующиеся в местах выклинивания грунтовой воды;
в) поверхностные сплывы грунтов при просачивании из откосов грунтовой воды;
г) просадка с образованием уступов и оползней.
Плоскость сползания обычно совпадает с границей сезонного промерзания, сплывы чаще наблюдаются на южных откосах. Таким образом, деформации земляного полотна всегда связаны с морозным пучением, сплывами, размывом откосов, а также с размывом канав и обочин, что и определяет необходимость при реконструкции дорог изучать их водно-тепловой режим.
6.2 Связь пучинооброзования с водно-тепловым режимом земляного полотна
Процесс пучинообразования является круглогодичным и его интенсивность характеризуется пятью стадиями увлажнения.
Первая стадия - начальная, связанная с осенним периодом увлажнения и продолжающаяся до установления среднесуточной температуры воздуха - 5°С. В это время пучение еще не наблюдается. Модуль упругости грунтов всего на 10-15 % меньше, чем летом.
Вторая стадия - это зимнее накопление влаги при незначительной скорости промерзания (т.е. Vnp < 2.5 см/сут) обуславливающее интенсивное льдообразование, сопровождающееся неравномерным морозным пучением покрытия, приводящим к ухудшению его транспортно-эксплуатационных качеств. При сильных морозах (Vnp > 4,5 см/сут.) граница промерзания опускается быстро и влага из более глубоких теплых слоев грунта не успевает переместиться в верхнюю часть земляного полотна, что еще больше усиливает пучение. Напомним, что скорость промерзания определяется по оси дороги (рисунок 6.1).
Третья стадия - вымерзание воды и установление равновесного состояния влаги в верхней части земляного полотна, что и обуславливает максимальное пучение.
Четвертая стадия - насыщение земляного полотна влагой и уменьшение пучения с одновременным снижением модуля упругости грунтов.
Так как процесс изменения влажности земляного полотна зависит от скорости оттаивания, то в годы с затяжной весной деформации на покрытиях почти не наблюдаются. При дружной весне, наоборот, увеличивается количество деформаций на покрытиях из-за снижения прочности грунта и материала подстилающего слоя.
Пятая стадия - восстановление летнего водно-теплового режима земляного полотна при полном оттаивании.
Следует отметить, что рассмотренная закономерность изменения влажности относится лишь к верхней части земляного полотна глубиной до (2,5-г-3,0) D от поверхности проезжей части, где D - диаметр отпечатка колеса расчетного автомобиля.
Влажность грунтов, залегающих ниже 1,5-1,8 м, остается почти постоянной в течение года. Эта закономерность во времени высматривает следующим видом:
На влажность верхней части земляного полотна оказывают существенное влияние тип покрытия и общая толщина дорожной одежды. G ее увеличением уменьшаются пределы колебания влажности, а также модуль упругости грунтов. При толщине современных дорожных одежд 0,65-0,85 м влажность верхней части земляного полотна изменяется в соответствии с синусоидой среднегодичного цикла, что упрощает теорию расчета его водно-теплового режима.
Циклическое изменение водно-теплового режима земляного полотна, особенно в зоне хвойно-лиственных лесов с подзолистыми и заболоченными грунтами сопровождается усиленным протеканием процессов оглеения.
Во II дорожно-климатической зоне через 15-20 лет службы дороги прочность покровных глинистых грунтов, уложенных в насыпь или прикрытых водонепроницаемой дорожной одеждой, при нулевом профиле земляного полотна значительно снижается.
Оглеенные глинистые грунты почти всегда находятся в земляном полотне в увлажненном состоянии, представляя собой при относительной влажности более (0,75-0,8) WT иловатую упруго-вязкую массу зеленоватой окраски. Структура таких грунтов иная, чем в резервах, из которых возводилась насыпь. Модуль упругости их в 2-3 раза меньше, чем грунтов придорожной полосы при одинаковой степени плотности. Такое изменение грунтов в земляном полотне (их «старение») происходит тем медленнее, чем выше рабочая отметка насыпи. Поэтому при реконструкции дорог особое внимание следует уделять участкам с заниженным земляным полотном, принимая для них больший коэффициент запаса прочности при проектировании дорожных одежд.
В соответствии с рассмотренными выше закономерностями и следует изучать состояние земляного полотна перед его реконструкцией. При этом морозное пучение нужно определять во время третьей стадии, а значение модуля упругости грунта - при четвертой стадии.
6.3 Расчетные характеристики грунтов земляного полотна
Для расчета толщины дорожных одежд на реконструируемых участках дорог необходимо располагать такими характеристиками грунтов, как модуль упругости ео, сцепление с, угол внутреннего трения <р, удельный избыток воды q, поступающей при оттаивании, относительный коэффициент морозного пучения К„уч и глубина промерзания z. Прочность дорожных одежд прежде всего зависит от прочности земляного полотна.
Наиболее распространенным критерием прочности грунтов является их модуль упругости, который с необходимой надежностью может быть определен непосредственно на земляном полотне.
Модуль упругости грунтов земляного полотна может быть также определен расчетом по результатам испытаний дорожных одежд передвижными и испытательными установками. Иногда применяют установки динамического нагружения, которые позволяют не только определить расчетные значения модуля ео, но и обоснованно назначать толщину отсыпаемых слоев грунта и требуемое количество проходов уплотняющих машин, обеспечивающие однородность земляного полотна.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.