Ш2&-опада
-опади
тгоОг,
дощШ
IV V VI VII VIII IX X XI XII
-ремпература;
трибалкть
—
позиачення
-тобтина
Шгобого
46
/ И
Ш
ЯмМ
:
;
дня;
•
покриб
у
Клімат часто визначається особливостями місцевих природних умов, у зв’язку з чим вводиться поняття мікроклімату. Наприклад, для угнутих форм рельєфу характерні більші добові коливання температури, мінімуми
температури менші, а весняні приморозки закінчуються пізніше, ніж на горбах і підвищеннях. На знижених ділянках місцевості повітря і грунт прогріваються менше, ніж на місцевостях, розташованих високо над рівнем моря. На
формування мікроклімату значною мірою впливає щільність житлової забудови, наявність промислових підприємств, лісових масивів. Крім того, важливе значення має експозиція схилів земної поверхні відносно сонця. Південні схили
підвищень прогріваються сильніше, тому вони швидше звільняються від снігу, ніж північні.
У дорожній практиці для характеристики кліматичних умов широкого використання набула побудова графіків кліматичних характеристик (рис. 4.1), вихідні дані для яких дістають на метеорологічних станціях. Для визначення
розрахункових значень показників треба виконати значний об’єм обчислень для математичного опрацювання стати- стичного ряду спостережень. Якщо дорога має велику довжину, то її поділяють на кілька однорідних ділянок за
основними кліматичними характеристиками.
Графіки кліматичних характеристик відтворюють річні зміни температури, кількість опадів, висоту снігового покриву та інші показники, які використовують при конструюванні елементів дороги, організації будівельного
процесу і експлуатаційної служби. Вплив кліматичних умов на дорожнє будівництво відчутно знижується у зв’язку з підвищенням рівня механізації й індустріалізації будівництва. Ліквідація сезонності дорожніх робіт є однією з
важливих проблем сьогодення.
Рис. 4.1. Дорожньо-кліматичний графік
Під час проектування водовідведення і вибору конструкції земляного полотна велике значення має врахування гідрологічних і гідрогеологічних умов, які характеризуються кількістю опадів, що випадають, умовами поверхневого
стікання і випаровування води, глибиною залягання грунтових вод і особливостями їхнього режиму, режимом рік і струмків.
4.2. Джерела зволоження земляного полотна
Збільшення вологості грунтів земляного полотна призводить до зниження міцності не тільки грунту, а й дорожнього одягу. З досвіду експлуатації доріг відомо, що грунтові дороги в сухий період часу відрізняються
достатньою рівністю і забезпечують рух автомобілів з великими швидкостями. В той самий час навіть незначне зволоження атмосферними опадами викликає різке зниження міцності грунту проїзної частини, утворення колійності,
зростання опору коченню коліс, а коефіцієнт зчеплення шин з ґрунтовою поверхнею зменшується. За таких умов автомобільний рух стає практично неможливим.
Вказані обставини є головною передумовою до створення верхніх укріплених шарів з міцних кам’яних матеріалів. Проте і в цьому випадку міцність дорожнього одягу значно залежить від стану підстильного грунту, і в
першу чергу від його вологості. Крім того, укоси насипів і виїмок при зволоженні просочуються водою, розмиваються поверхневими водами і можуть сповзати. Тому питання запобігання перезволоженню земляного полотна є досить
важливим.
Опади
Випаробуда
Шкання
1_Ш
I \1
Ы
ш
:<»>Г«УЛ**+-*>>>>:У;УЛУ.
Просочубанн
Рис. 4.2. Схема впливу атмосферних опадів на зволоження земляного полотна
в вип ф
а п к
47
\
Т
я
(4.1)
а
п
к
в
вип
ф
Можна виділити два джерела зволоження грунту водою – просочення води з поверхні і внаслідок підйому капілярної води від рівня грунтових вод. Частина дощової води просочується в глибину, поповнюючи запаси
підземних вод, а частина стікає поверхнею, утворюючи поверхневе стікання. Вода переміщується в різних напрямах і залежно від нахилу місцевості. Деякий об’єм поверхневої води в процесі її стікання випаровується. За певних
температурних умов можливе випаровування також грунтової води. Утворюваний дефіцит вологи у верхніх шарах грунту сприяє підтягуванню води в плівковому і капілярному вигляді з нижніх більш вологих, або водоносних,
горизонтів. Таким чином, над горизонтом грунтових вод грунт піддається зволоженню від двох джерел.
Товщина грунтового масиву, вологість якого залежить від розміщення рівня грунтових вод, визначається також типом грунту. Так, для пісків висота капілярного підняття становить всього 0,3...0,5 м, а в пилуватих грунтах може
досягати кількох метрів. Стабільність режиму грунтових вод полегшує проектування земляного полотна доріг. Проте рівень грунтових вод, а у зв’язку з цим і висота капілярного підняття залежать від зміни температури, атмосферного
тиску і обсягу притікання води ззовні.
Грунт, розміщений вище рівня капілярного підняття, містить воду у вигляді тонких плівок, товщину яких вимірюють долями мікрона, або у вигляді пари. Істотно впливає на міграцію цієї води в грунті температура. З теплих
місць вода пересувається в більш холодні.
Основні джерела зволоження грунту земляного полотна (атмосферні опади, притікання води, капілярне підняття, конденсація водяних парів, плівкова волога) (рис. 4.2) взаємозв’язані і функціонально залежать від періоду року і
місцевих умов. Сумарна кількість вологи в грунті змінюється в часі згідно з рівнянням водного балансу
w=(w +w +w )−(w +w +w ),
де w , – атмосферні опади, що випадають на земляне полотно; w – притікання води до дороги з оточуючої території; w – надходження води внаслідок капілярного підняття, плівкового і пароподібного переміщення вологи; w –
відведення поверхневої води від земляного полотна; w – випаровування вологи з поверхні грунту; w – просочення
(інфільтрація) води в глибинні шари ґрунтової товщі.
За допомогою досліджень вченим удалось розкрити фізичну суть процесів, що відбуваються в земляному полотні в річному циклі зміни вологості грунтів. Запропоновано виділяти чотири характерних періоди протягом року: І –
осіннє накопичення вологи в земляному полотні внаслідок просочення дощових опадів; II – промерзання земляного полотна і зимовий перерозподіл вологи; III – відтавання земляного полотна і весняне перезволоження грунту; IV –
просихання земляного полотна влітку.
Водний баланс земляного полотна залежить також від кліматичних умов місцевості. В міру наближення до півдня (рівнинні райони з жарким кліматом) збільшується глибина залягання рівня ґрунтових вод, зменшується
кількість опадів і підвищується випаровування, тому водний режим стає більш сприятливим для стійкості земляного полотна і дорожніх одягів. Одночасно із зменшенням інтенсивності зволоження зростає роль переміщення вологи у
вигляді пари. В районах з високим рівнем ґрунтових вод (зони штучного зрошення, заболочені ділянки) велика роль належить капілярному підняттю ґрунтових вод, в той час як випаровування зменшується.
Водний режим поверхні даної місцевості визначається гідрологічними умовами, а умови зволоження ґрунтовими водами – гідрогеологічними умовами. При конструюванні земляного полотна слід одночасно враховувати гідрологічні
й гідрогеологічні умови.
Для конкретизації практичних рекомендацій щодо проектування земляного полотна із врахуванням умов зволоження виконано районування території України. Аналіз розподілу опадів і температур, а також їхніх середніх
багаторічних значень і параметрів варіації показав, що вони узгоджуються з нормальним законом розподілу значень. Встановлено також, що різниця в кількості опадів за холодний період року в межах всієї рівнинної частини незначна.
Чітко видно тенденцію до збільшення кількості опадів на півдні, південному сході, півночі і північному заході. Основну частину території України (крім Карпат і Криму) поділяють за значенням очікуваної середньорічної
інфільтрації води (±w0), яка функціонально визначає показники міцності грунтів і, отже, стійкість земляного полотна.
Згідно з розрахунковими значеннями ±w0 територія України поділена на чотири райони (рис. 4.3).
•и
48
М
-
5
мя
р
•рн1г
И
•Сум
|
•КИ1В
-
I
фовогра
д
Хар«1
|
+5
1
II
I
О
-Аугакы
г
ЗапоЫжк
*
Х#рсв
н
i
i
i
(4.2)
.Хмммицькм
Дн1прЫтрове»к|
трМвкатТ»—
Рис. 4.3. Районування території України за характером і інтенсивністю зволоження