книги из ГПНТБ / Поляков А.В. Водоотвод и дренаж на аэродромах

370

сыатриваемых условиях предъявляется ряд специфических требо­

ваний .

Укажем основные из них:

1. Водоотводные и дренажные устройства должны размещаться в плане и профиле таким образом, чтобы была максимально обеспе­

чена защита летных полос от переувлажнения грунтов. Линии кол­

лекторов желательно относить на 10-15 м в сторону от покрытий (во избежание переувлажнения грунтов в случае утечки воды из

труб).

2 . К отмосткам, сооружаемым около покрытий, тальвежных ко­ лодцев и т .д ., предъявляются повышенные требования в отношении

их водонепроницаемости. Отмостки должны надежно защищать осно­

вания сооружений от проникания к ним поверхностных вод. Отмоет-, ки при покрытиях должны иметь достаточные уклоны в сторону от покрытий.

доотводных и дренажных линий целесообразно перед укладкой труб разрыхлять, а затем уплотнять при смачивании грунта водой.

5. С целью устранения возможного проникания■воды из во­ доотводных линий в окружающие грунты, в ряде случаев целесооб­

водонепроницаемыми. Смоченный периметр канав должен быть мини­ мальным.

7 . Высокие требования в отношении водонепроницаемости

предъявляются и к открытым лоткам.

Особенно водонепроницаемыми должны быть лотки, создавае­

мые в кромках покрытий и, в частности, на участках, прилегаю­

20-25 см, уплотнять тяжелыми катками и обрабатывать жидким би­

тумом (создание битумного коврика, рис.142). Возможно примене­

ние и других мероприятий по укреплению грунтовых оснований,

Уплотненней- грунт

Битумный коврик толщиной 2см

Закромочная

Рис.142. Обработка грунтовых поверхностей битуме»

например пескование, цементация, применение химическойобработ­

ки и т .д .

8 . Желателен вынос дождеприемников за пределы покрытий.

Рекомендуется также применение дождеприемников типа рис.37.

§ 38. КОНСТРУИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ВОДООТВОДНЫХ И ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ (КОЛОДЦЫ, ОГОЛОВКИ)

Воздействие пучения на заглубленные в грунт сооружения проявляется в их выпучивании. Сооружения "выпираются", теря­ ют устойчивость и разрушаются. Разрушаются и сооружения водо­ отводных и дренажных систем на аэродромах (колодцы,оголовки). Колодцы выпучиваются, днища колодцев отрываются от стенок,пли­ ты покрытий около дождеприеммиков деформируются. Особенно ча­ сто разрушаются дождеприемники.

Для предотвращения подобных явлений необходимо предусмат­

ривать специальные мероприятия по борьбе с выпучиванием соору­ жений.

Остановимся на рассмотрении указанных мероприятий примени­ тельно к сооружениям водоотводных и дренажных систем. При этом

рассмотрим обеспечение устойчивости, главным образом, колодцев

(дождеприемных, тальвежных и смотровых), так как колодцы явля-

372

ются наиболее многочисленными сооружениями систем (оголовки

требуются в небольшом количестве ).

Известно, что при промерзании грунта последний смерзается

с телом колодцев, а пучение грунта, как уже отмечалось выше,

сопровождается увеличением объема гр у н та . На наружные грани

колодцев передается давление. Это давление можно разложить на

два направления: нормальное к боковой поверхности колодца и

касательное. Нормальные силы при равномерном пучении сжимают

колодец, а касательные поднимают вверх. Касательные силы пуче­

ния в сумме составляют силу выпучивания. Эпюра касательных сил

пучения, действующих на боковые грани колодца, показана на

р и с .143,а . Касательные силы вызывают растягивающие усилия в

колодцах.

а - эпюра величин касательных сил пучения, действующих на бо­ ковые грани колодца; б - устройство воронкообразной обсыпки большого размера; в - устройство анкерного закрепления соору­ жения; г - сброс воды с покрытий в коллектор по открытым лоткам

(без устройства дождеприемников)

373

В случае размещения колодца выше линии промерзания силы

выпучивания действуют на колодец и со дна. Учитывая это, колод­ цы, как и другие сооружения, обычно заглубляют до непромерзаемого грунта.

Если сила выпучивания превышает вес сооружения (колодца), то сооружение по мере развития пучения будет перемещаться вверх.

и- периметр колодца;

Т- удельная сила выпучивания на единицу длины периметра

колодца.

Следует отметить, что значения касательных сил выпучива­ ния весьма внушительны. По Б.И.Далматову, величина касательных сил выпучивания в диапазоне температур от 0 до -Ю °С прибли­

зительно равна величине устойчивого сопротивления смерзания

грунта с материалом сооружения. Это дает возможность опреде­

лять касательные силы пучения по результатам лабораторных ис­ следований устойчивого сопротивления смерзания.

В соответствии со строительными нормами, при расчете на

выпучивание фундаментов в настоящее время рекомендуется прини­ мать удельную силу выпучивания (Т) равной 100-250 кг/см пе­

риметра фундамента.

Рассчитывая на выпучивание колодцы, сооружаемые на аэро­

дромах, даже при минимальном значении Т =100-150 кг/см полу­

чаем следующую картину. Силы выпучивания колодцев составляют 4-0-100 т , а вес колодцев 2-6 т (колодцы с подошвой ниже линии

374

вать уменьшение сил выпучивания путем проектирования соответ­ ствующих противопучинных мероприятий.

Укажем основные принципы конструирования сооружений водо­

отводных и дренажных систем на пучинистых грунтах.

1. Подошвы сооружений следует располагать ниже линии про­ мерзания.

2 . Периметр сооружений желательно иметь минимальным.

3. Вокруг сооружений (колодцев) необходимо устраивать от­

мостки (для предупреждения проникания поверхностной воды к стенкам сооружений).

4 . В качестве некоторой меры по борьбе с пучением, в ря­

де случаев можно предусматривать утепление сооружений (напри­ мер, шлаке»). Утепление уменьшает промерзание, а следователь­ но, и пучение.

Однако утепление эффективно лишь в случае отсутствия увлаж­

нения материала-отеплителя. В противном случае возможен обрат­ ный результат.

5. Утепление колодцев возможно путем устройства специаль­ ных отепляюцих крышек. Крышки располагаются внутри колодцев.

В дождеприемниках указанные крышки предохраняют колодцы от

ганоса снегом.

6 . Известным мероприятием по борьбе с пучением является устройство колодцев с гладкими наклонными стенками (см .рис.35,

36). В этом случае слой грунта, находясь на некоторой глубине и подвергаясь пучению, вынужден поднимать весь ранее замерзшей слой. Такое явление приведет к отрыву грунта от наклонных сте­ нок. Между грунтом и стенками колодца образуются зазоры. Ка­ сательные силы пучения будут устранены.Для предотвращения про­ никания воды в образующиеся зазоры (во время оттепелей) колод­ цы должны иметь хорошие отмостки.

7 . Одной из распространенных мер борьбы с пучением являет­ ся устройство вокруг колодцев обсыпки из несмер8ающихся мате­ риалов (гравия, песка, гидрофобных порошков и т .д .) .

Возможна, например, обсыпка из слоя гравия 15 см и слоя

песка 10 см. Такая обсыпка является самоосушагощейся (вода от­ сасывается в грунт) и незаиливающейся. Поверхностные-воды в

обсыпку попадать не должны.

Применение гидрофобных порошков следует ограничить. Гид­ рофобные порошки, к сожалению, при многократном замерзании и оттаивании теряют свои ценные качества.

375

Необходимо отметить, что обсыпки не всегда существенно уменьшают силы выпучивания. Обсыпки часто смерзаются с грунтом и со стенками сооружений. Обсыпки незначительные по размерам

выпучиваются вместе с грунтом.

Для уменьшения сил пучения иногда рекомендуется применять обмазку сооружений несмерзающимся вязким материалом (битумной

мастикой, солидолом). Однако указанные мероприятия недостаточ­

но проверены и недолговечны.

8. Весьма эффективным мероприятием по борьбе с выпучиванием сооружений является замена пучинистого грунта около сооружений

на непучинистый. В этом случав вокруг сооружений (колодцев)

устраиваются большие воронкообразные обсыпки (рис.143,б ). От­ косы обсыпок 1:1 или 1 :1 ,5 . Обсыпки устраиваются из непучини-

стых материалов. Глубину котлованов для обсыпок можно устраи­

вать на 2/3 - 3/4 от глубины промерзания. Силы выпучивания при воронкообразных обсыпках больших размеров могут быть сведены к нулю. Выпучивание обсыпок вместе с грунтом будет отсутство­

вать .

9. В отдельных случаях для обеспечения устойчивости соору­ жений возможна их заделка в непромерзаемый грунт с помощью ан­

керных плит (ри с.143,в ) . Заделка в данном случае обеспечивается

не столько весом грунта, расположенным над анкерной плитой,

сколько давлением пучения у фронта промерзания (реактивные уси­ лия) . Величина реактивных уоилий равна сумме собственного веса грунта и силы выпучивания.

Применительно к колодцам указанный прием борьбы с выпучи­ ванием малопригоден. Стенки колодцев в этом случае должны вос­ принимать весьма большие растягивающие усилия. Для устройства анкерных плит необходима отрывка больших котлованов. Более реально применение анкерных плит при сооружении выходных ого­ ловков.

10. Существенным мероприятием по борьбе с выпучиванием

сооружений является осушение грунта на участке строительства сооружений.

11. При конструировании дождеприемных колодцев возможен

вариант их устройства в теле плит покрытий. Бетонные плиты с

дождеприемниками в этой случае армируются и несколько утолща­ ются (см .рис.37). Слабым местом в подобной конструкции является стык труб дождеприемника и перепуска.

При периодическом поднятии и опускании плиты возможно рас­

377

более распространенный и вызывает более всего осложнений при

строительстве. Основным источником питания надмерзлотных вод являются атмосферные осадки.

Межмерзлотная вода находится в пределах толщи вечной мерз­

лоты и представляет собой явление менее распространенное, чем

надмерзлотная вода. Межмерзлотные воды в большинстве случаев связывают подмерзлотные и надмерзлотные воды. Источником пита­

ния межмерзлотных вод являются в основном восходящие подмерзлотные воды.

Подмерзлотные воды залегают ниже глубины залегания вечной

мерзлоты и по условиям циркуляции не имеют каких-либо сущест­

венных отличий от подземных вод, встречающихся вне области за­ легания многолетнемерзлых грунтов.

Строительство любых сооружений в условиях вечной мерзлоты связано с так называемыми "мерзлотными явлениями".

Под мерзлотными явлениями понимают всевозможного рода на­

рушения дневной поверхности, связанные с промерзанием и оттаи­ ванием грунтов деятельного слоя и протаиванием верхних горизон­

тов вечной мерзлоты.

Благодаря мерзлотным явлениям, сооружения, возводимые на ыноголетнемерзлых грунтах, часто деформируются.

Основными причинами деформаций являются:

а) протаивание вечной мерзлоты в основании сооружений и

в откосах земляного полотна; б) пучение деятельного слоя при его промерзании;

. в) наледные процессы.

Деформации, вызванные протаиванием мерзлых грунтов в осно­

вании сооружений, являются наиболее распространенными и опас­ ными.

При возведении сооружений на многолетнеыерзлых грунтах так или иначе имеет место нарушение естественного режима веч­ ной мерзлоты. Возводимые сооружения нередко оказываются более теплопроводными, чем окупающий грунт. Это приводит к неравно­ мерному прогреву грунта и к образованию под сооружениями "чаш

протаивания", В "чашах протаивания" ( т .е . на участках с'повы-

шенной толщиной талого грунта) аккумулируется вода. Несущая способность мерзлоты при оттаивании, таким образом, резко пада­

ет, и сооружения подвергаются осадкам. Появление и интенсив­ ность развития осадок зависят как от мерзлотно-грунтовых и

378

климатических особенностей района строительства, так и от вида сооружения.

Наиболее интенсивное понижение верхней поверхности вечной

мерзлоты имеет место при устройстве выемок в грунте (например, канав). Результатом протаивания мерзлоты в данном случае явля­

ется усиленное оплывание откосов выемок (канав), /поскольку угол естественного откоса оттаивающих грунтов невелик. Особен­ но подвержены оползням откосы выемок, устроенных в илистых и

пылеватых грунтах. Канавы вслед за оползанием и оплыванием от­

косов подвергаются размыву (иногда до размеров оврагов). Возможно изменение верхней поверхности вечной мерзлоты (по­

нижение или поднятие) и при возведении насыпей.

Кроме деформаций протаивания, сооружения на вечной мерзло­

те , так же как и сооружения, возводимые вне области вечной

мерзлоты, подвержены деформациям пучения. Процессы пучения развиваются в условиях вечной мерзлоты в деятельном слое. В районах с небольшой мощностью деятельного слоя (северные райо­

ны вечной мерзлоты) пучение менее опасно, чем пучение в райо­ нах со значительной толщиной деятельного слоя (южные районы

вечной мерзлоты). Вопрос о деформациях сооружений на пучини-

стых грунтах подробно рассматривался в предыдущем параграфе. В зимнее время сооружения на вечной мерзлоте могут дефор­

мироваться по причине образования надедей.

Под наледью понимают ледяное тело, образующееся в резуль­

тате замерзания речной, ключевой или грунтовой воды, излившей­ ся на поверхность, а также в результате замерзания воды, ско­

пившейся в деятельном слое вследствие промерзания того водо­

носного тракта, по которому обычно эта вода движется. В зави­ симости от источника питания различают наледи речных вод, на­ леди грунтовых вод и наледи смешанного питания. Наиболее зна­ чительными по размерам являются ключевые и речные наледи. На­

леди, питающиеся надмерзлотными годами, имеют меньшие размеры. Учитывая особенности многолетнемерзлых грунтов, строитель­ ство сооружений в указанных условиях осуществляется по одному

из следующих методов:

1)строительство по методу сохранения вечной мерзлоты;

2)строительство по методу постепенного протаивания веч­

ной мерзлоты в основании сооружений;

3)строительство по методу выбора в процессе изысканий

участков с устойчивыми грунтами.

379

Строительство по методу сохранения вечной нерэлоты являет­

ся наиболее распространенным.

При строительстве по методу постепенного протаивания веч­

ной мерзлоты сооружения проектируются с приспособлением их к неравномерным осадкам.

В случае строительства по третьему методу грунты на участ­ ках должны иметь несущую способность,’ не зависящую от темпера­ туры.

Выбор того или иного метода строительства в основном опре­ деляется мерзлотно-грунтовыми характеристиками участков.

На участках с льдистыми грунтами или с грунтами, которые при оттаивании переходят в плывуны, строительство осуществля­ ется только по методу сохранения вечной мерзлоты. При более

благоприятных условиях, когда на участках имеютоя малольдистые

грунты, возможны различные методы строительства. Выбор наибо1лее рационального метода обосновывается в данном случае Техни­

ко-экономическими расчетами.

При строительстве в условиях вечной мерзлоты особое вни­

мание должно уделяться сроками строительства, выполнению работ по времени года и методам производства работ. Это особенно от­

носится к земляным работам и работам, связанным с устройством заглубленных сооружений. В случае строительства по методу со­ хранения вечной мерзлоты, работы по отрывке канав, укладке

труб, устройству оснований под трубы и т .д . следует выполнять

впериод отрицательных температур. При строительстве по дру­

гим методам указанные работы выполняются, исходя из факта воз­ можного опускания верхней поверхности вечной мерзлоты.

Одним из необходимых условий обеспечения устойчивости аэро­ дромных сооружений на вечной мерзлоте является организация водоотвода. Мероприятия по водоотводу должны проектироваться

вданном случае с учетом принятого метода строительства. Кон­

струирование элементов водоотводных систем осуществляется с

учетом мерзлотных явлений.

Водоотводные системы в условиях вечной мерзлоты предназна­

чаются: а) для перехвата и отвода воды с нагорной стороны; б) для отвода поверхностных вод с покрытий; в) для отвода во­

ды с участков между ВПП и РД; г) для ограждения площадок с на­ личием погребенных льдов (с целью предупреждения образования

оврагов и термокаста) и д) для осушения грунтов, если строи­ тельство ведется по методу улучшения грунтов.