Источники увлажнения земляного полотна

В процессе эксплуатации земляное полотно и дорожная одежда постоянно подвергаются воздействию воды. При этом уменьшается прочность слоев дорожной одежды, возникают просадки, нарушается устойчивость обочин и откосов земляного полотна.

Источниками увлажнения грунтов земляного полотна являются: выпадающая дождевая вода и вода от таяния снега, приток воды к земляному полотну с окружающей местности, капиллярное поднятие грунтовых вод при промерзании в осенний период, процесс конденсации водяных паров из воздуха и перемещение пленочной влаги внутри земляного полотна по поверхности грунтовых частиц (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 Источники увлажнения земляного полотна

1 - длительно застаивающаяся поверхностная вода; 2 - атмосферные осадки; 3 - парообразная и пленочная вода; 4 - капиллярная вода.

Поверхность земляного полотна водонасыщается за счет выпадающей дождевой воды, которая просачивается внутрь насыпи или выемки. При положительной температуре воздуха с поверхности насыпи происходит обратный процесс - интенсивное испарение воды. В выемке этот процесс замедляется из-за того, что земляное полотно находится ниже поверхности земли. Условия просыхания грунтов земляного полотна очень неравномерны. В нижней части насыпи накапливают поверхностные воды, которые на короткое время могут водонасыщать нижние слои земляного полотна.

Под влиянием притока воды в результате выпадения осадков земляное полотно на некоторых участках подтопляется, уровень грунтовой воды повышается, заполняются воздушные поры в нижней части земляного полотна. Грунт водонасыщается и теряет несущую способность, откосы обрушаются. В грунте земляного полотна между частицами образуются тонкие каналы неправильной формы - капилляры. Под воздействием молекулярных сил от уровня грунтовых вод

или мест постоянного застоя воды на поверхности происходит процесс передвижения воды по капиллярам.

Особенно подвержены капиллярному поднятию воды пылеватые грунты, где поднятие может достигать несколько метров. Слои грунта выше уровня капиллярного поднятия содержат воду в виде тончайших пленок, а также в виде водяных паров, влажность которых изменяется при изменении температуры и атмосферного давления.

Водный режим земляного полотна зависит от количества осадков, времени года и колебаний температуры воздуха; происходит перемещение воды из более теплых мест к холодным участкам земляного полотна.

Влияние водного режима на земляное полотно существенно зависит от влажности и проявляется по-разному в различных климатических зонах. В северной части республики при избыточном увлажнении идут интенсивные процессы капиллярного поднятия воды при наличии поверхностных вод. В южных районах грунтовые воды находятся на большой глубине, уменьшается количество выпадающих осадков, возникает благоприятный водный режим для земляного полотна.

Для предохранения земляного полотна от увлажнения поверхностными и грунтовыми водами и обеспечения его устойчивости и прочности предусматривают:

- поперечный уклон от оси дороги - проезжей части, обочин и откосов земляного полотна для обеспечения быстрого стока дождевой воды;

- устройство боковых водоотводных и нагорных канав для отвода воды от дороги;

- поднятие конструкции земляного полотна и дорожной одежды над уровнем поверхностных и грунтовых вод;

- устройство изолирующих прослоек в верхней части земляного полотна для предохранения дорожной одежды от увлажнения ее грунтовыми водами;

- устройство дренажей для отвода или понижения уровня грунтовой воды.

В районах, где выпадает значительное количество осадков, особенно в осенний период, грунты поверхности земли переувлажняются, в земляном полотне идут интенсивные процессы перераспределения влаги. В зимний период наблюдаются большие перепады отрицательной температуры с неожиданными потеплениями. Под влиянием разности температур и большой влажности в земляном полотне в начальный период промерзания происходит перемещение влаги от теплого грунта к границе промерзания. Этот процесс перемещения наступает при температуре от +4 - 6 до -3° С. При постоянной отрицательной температуре процесс перемещения прекращается, в земляном полотне образуются линзы льда.

По тонким капиллярам влага поднимается от горизонта грунтовой воды до зоны промерзания, к мерзлой части грунта, где образуются кристаллы льда. Кристаллы льда увеличиваются в объеме, притягивая все большее количество влаги с окружающего грунта и из низших слоев земляного полотна. Количество воды, подтянутой к растущим ледяным кристаллам, бывает тем большим, чем дольше продолжается процесс постепенного промерзания грунта.

Для II и III климатических зон перепады температур в пределах от +6 до -3-5° С явление довольно частое и продолжительное в осенний период. Поэтому процесс влагонакопления в земляном полотне длится всю осень и заканчивается при постоянных морозах. Процесс накопления и движения воды в земляном полотне может повторяться при длительных оттепелях.

Линзы льда раздвигают частицы грунта в земляном полотне, происходит поднятие грунта (пучение). Неоднородное пучение грунта в земляном полотне приводит к образованию трещин в дорожной одежде. В весенний период за счет потепления и темного цвета покрытия происходит интенсивное оттаивание грунта в верхней части земляного полотна. Вода под дорожной одеждой не имеет выхода из-за мерзлого нижнего слоя земляного полотна и откосов. Грунт, накопивший воду в период замерзания, при оттаивании теряет несущую способность, превращается в плывун. Дорожная одежда под действием нагрузок от проходящего транспорта разрушается.

К непучинистым грунтам относятся песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2%;

- к слабопучинистым грунтам - песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15%, мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15%, супесь легкая крупная;

- к пучинистым грунтам - супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глина;

- все пылеватые грунты являются сильно пучинистыми грунтами.

В районах сезонного промерзания грунтов на дорогах I – IV категорий предусматривают противопучинные мероприятия. В районах с глубиной промерзания менее 0,6 м в случаях, когда толщина дорожной одежды превышает 2/3 глубины промерзания и насыпь земляного полотна отсыпана из непучинистых или слабопучинистых грунтов, такие мероприятия не требуются.

В грунтах с большим содержанием глинистых частиц вода перемещается медленно, так как в глинистых грунтах очень тонкие поры, а вязкость воды велика, чтобы пройти через структуру глинистых грунтов. В пылеватых грунтах с большим содержанием частиц размером от 0,05 до 0,002 мм происходит интенсивное перемещение пленочной воды и ее накопление в мерзлом грунте.

По условиям увлажнения грунта участки трассы делят на три типа местности:

- сухие участки;

- сырые участки с избыточным увлажнением в отдельные периоды года;

- мокрые участки с постоянным избыточным увлажнением грунтов.

Для первого типа местности поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов. К первому типу относят участки с песчано-гравийными и песчаными грунтами (кроме мелких пылеватых песков) при толщине слоя более 5 м и уровне грунтовых вод на глубине более 3 м для II и Ш климатических зон и более 2 м в IV и V зонах, независимо от поверхностного стока. Поверхностный сток считается обеспеченным при уклоне поверхности грунта в пределах полосы отвода более 2 ‰.

Для второго типа местности поверхностный сток не обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов, если уровень в предморозный период залегает ниже глубины промерзания не менее, чем: на 2 м - при глинах, суглинках тяжелых пылеватых; на 1,5 м - при суглинках легких пылеватых и легких, супесях тяжелых пылеватых; на 1 м - в супесях легких, легких крупных и песках пылеватых. Глубину промерзания определяют по карте, приведенной в СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».

Для третьего типа грунтовые или длительно (более 30 сут) стоящие поверхностные воды оказывают влияние на увлажнение верхней толщи грунтов.

Тип местности определяют также по характеру рельефа, признакам заболоченности, положению уровня грунтовых вод и условиям притока и отвода воды. Основной характеристикой увлажнения поверхности земли и наличия грунтовых вод является растительность. При изменении характера растительности можно судить о глубине грунтовых вод.

При наличии пучинистых грунтов в нижней части земляного полотна устраивают изолирующие прослойки (рис. 4.2). Они служат для защиты верхней части земляного полотна от воздействия грунтовых вод, прерывают движение воды по капиллярам, создают хороший водный режим в верхней части земляного полотна.

Изолирующие прослойки толщиной 15-20 см из минеральных материалов (гравия, щебня, гравелистого песка) устраивают на всю ширину земляного полотна с поперечным уклоном 30 ‰ от оси дороги к бровкам земляного полотна. Для устранения заиливания материала прослоек необходимо закрывать прослойки сверху и снизу материалом, препятствующим движению мелких частиц грунта, но пропускающим воду.

Рисунок 4.2. Схема устройства капилляропрерывающей прослойки:

а - из минеральных материалов; б - из нетканых синтетических материалов;

1 - дорожная одежда; 2 - грунт земляного полотна; 3 — капилляропрерывающая прослойка

На пучинистых и сильнопучинистых грунтах земляного полотна применяют прослойки из нетканых синтетических материалов, обработанных органическими вяжущими (геотекстиль). Геотекстиль представляет собой прочный материал, полученный из отходов текстильной промышленности в виде рулонов. Толщина геотекстиля 4 - 7 мм, сопротивление на разрыв 50-600 Н/см, плотность 120-600 г/м². Геотекстиль бывает водопроницаемым и водонепроницаемым, обработанным битумом.

Изолирующие прослойки закладывают на глубине 0,9 м от верха покрытия для II климатической зоны, 0,8 м - Ш, 0,75 м - IV, 0,6 м - V зоны.

Прослойки закладывают на 20 см и выше возможного наивысшего уровня грунтовых вод или над расчетным уровнем длительно стоящих поверхностных вод.

Дата добавления: 2014-01-03