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

50

устройство водоотводных систем. Задачами водоотводных систем ВПП, РД и МС являются:

1)сбор и отвод поверхностных вод, поступающих к ВПП, РД

иМС с прилегающих территорий;

2)сбор и отвод поверхностных вод, стекающих с самих по­

крытий и грунтовых обочин; 3) отвод воды из пониженных мест, расположенных в непо­

средственной близости от покрытий.

Обычно водоотводные системы ВПП, РД и МС сооружаются при

строительстве аэродромов на плохо фильтрующих глинистых, сугли­ нистых и пылеватых грунтах, в районах с большим количеством

осадков, а также на аэродромах, расположенных в условиях воз­ можного размыва грунтов (при наличии легких размываемых грун­

тов, значительных уклонов и осадков ливневого характера;.

На аэродромах с хорошо фильтрующими грунтами (пески; супе­

си ), а также на аэродромах, расположенных в засушливой зоне, водоотводные системы могут не устраиваться вовсе или устраи­

ваться выборочно на отдельных пониженных участках. В этих усло­ виях сброс воды с покрытий может осуществляться на обочины.

Водоотводные системы ВПП, РД и МС обычно увязываются с об­ щей схемой отвода воды со всего аэродрома. Проект водоотвод­ ных мероприятий разрабатывается в тесной взаимоувязке с проек­ том вертикальной планировки ВПП, РД и МС. Выбор конкретных решений поводоотводу производится в зависимости от климати­ ческих условий расположения аэродрома, от грунтовых и гидроло­ гических условий, от рельефа местности, от типа покрытий, от капитальности и назначения сооружаемого аэродрома. В этой гла­

ве рассматривается проектирование водоотводных систем примени­

тельно к постоянным аэродромам.

§10. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ИСКУССТВЕННЫХ

ОСНОВАНИЙ И ДРЕНАЖА ПРИ СООРУЖЕНИЙ ВПП, РД И МС

Для постепенного перехода от подстилающих грунтов в есте­ ственной залегании к более жестким слоям покрытия и для умень­

шения сил трения и сцепления между покрытием и подстилающим грунтом, как известно, под покрытиями устраиваются искусствен­ ные основания. Выбор материала и толщины искусственных основа­

ний производится с учетом климатических, грунтовых и гидрогео­

51

логических условий местности. Искусственные основання устраи­ ваются из пористых материалов или из грунтов, укрепленных вя­

жущими материалами (цементом, битумом и т .д .) . 5 качестве ма­

териалов для пористых оснований могут применяться среднезернистые,крупнозернистые пески, песчано-гравийные смеси, гравий,

щебень и шлак [ 2 9 ] . Мелкие и очень мелкие пески допускаются к

применению при условии обеспечения их устойчивости в основании внесением в них крупнозернистых добавок или обработкой вяжу­ щими материалами. Характеристики песков различной крупности

приведены в табл.2 .

Разноразмерные пески разрешается применять для устройст­ ва искусственных оснований, если эти пески отвечают требова­

ниям ГОСТ 8736 - 58 (для строительства автомобильных дорог),

согласно табл.З.

Гравийные смеси и другие крупнозернистые материалы, при­ меняемые для устройства искусственного основания, должны

удовлетворять требованиям, указанным в табл .4-.

Если ВПП, РД, МС и другие площадки с покрытиями сооружа­

ются на песчаных грунтах, отвечающих требованиям табл.З, то

искусственные основания под покрытиями не устраиваются.

Пористые искусственные основания чаще принимаются во П и Шклиматических зонах, а в 1У и У зонах предпочтительнее

применять искусственные основания из местных грунтов, обра-

53

Конкретные конструкции искусственных оснований покрытий выбираются на основе технико-экономических сравнений вариан-

®тов при проектировании покрытий.

Вискусственных пористых и естественных грунтовых основа­

ниях возможно скопление воды. Скопление воды вызывает переувлаж­

нение оснований, потерю прочности грунтами, пучение грунтов зи­ мой и деформации покрытий.

Наибольшее увлажнение пористых и грунтовых оснований про­

исходит в периоды продолжительного выпадения осадков осенью

и при оттаивании грунтов весной. Причинами увлажнения основа­ ний являются:

1) просачивание воды через зазоры в швах и через трещины

впокрытиях;

2)перемещение влаги из грунтов обочин (от сырого грунта

обочин к менее влажному грунту оснований);

3)поступление грунтовых вод с верховой стороны к покры­

тиям;

4)наличие высокого стояния уровня грунтовых вод (верхо­ водки) под покрытиями, вызывающее увлажнение грунтов оснований

при поднятии воды по капиллярам; иногда увлажнение оснований

возможно за счет поднятия уровня грунтовых вод, происходящего

вследствие ухудшения условий испарения после сооружения по­ крытий ;

5)конденсация водяных паров в основаниях;

6)перемещение (миграция) влаги из подстилающих и окружаю­ щих грунтов в процессе промерзания и оттаивания (при пучении грунтов).

Наиболее сложной из перечисленных причин увлажнения осно­ ваний явзщется увлажнение грунтов в результате перемещения (ми­ грации) влаги при промерзании грунтов. В процессе зимнего пе­ ремещения влаги происходит ее накопление в верхних слоях грун­ та , что в сочетании с промерзайием приводит к образованию грун­

тового льда и пучению грунтов. Изучением зимнего влагонакопле-

ния и пучения грунтов начали заниматься с конца ХУШ столетия. Предложено много теорий и гипотез, объясняющих зимнее влагона-

копление и пучение грунтов (В.А.Штукенберг, С.Тебер, М.И.Сум-

гин, Р.Рюкли, М.И.Гольдштейн, Н.А.Цытович и д р .) . Однако ни

одна из предложенных теорий и гипотеэ не является в достаточ­ ной мере достоверной. До сих пор недостаточно изучен механизм

зимнего перераспределения влаги в грунтах. Так как пучение яв­

54

ляется большим алом в аэродромном строительстве, то остановим­

ся на этом вопросе несколько подробнее.

Опытами и наблюдениями в настоячее время уртановлено,

что в процессе замерзания грунтов под влиянием разности темпе­ ратур влага в грунтовой толще начинает перемещаться от теплых

нижних слоев грунта к границе промерзания. Проф.Н.А.Цытович

считает, что перемещение (миграция) влаги в промерзающих влаж­ ных грунтах является результатом действия молекулярных сил,

возникающих в грунтах при наличии температурных градиентов»

Температурные градиенты обусловливают напор в воде, питающей растущие кристаллы льда в верхних слоях грунта. К числу сил, способствующих перемещению влаги относятся: разность в упруго­

сти водяных паров в грунте, силы адсорбции между водой и ледя­ ными кристаллами, разность осмотического давления в пленочной

воде при разных температурах у фронта промерзания и в более

толстую пленку связанной воды, чем менее холодная частица. В

силу указанного водная пленка на охлаждающейся частице утол­

щается за счет подтягивания пленок из нижерасположенных теплых

вышерассмотренному пленочному перемещению. В этом случае, при замерзании воды в крупных порах, возникают силы кристаллиза­

ции как результат взаимодействия между образовавшимся льдом

и не замерзшей еще водой. Под влиянием сил кристаллизации кри­ сталлы льда притягивают к себе молекулы воды и присоединяют

их к своей решетке. Подтягивание воды по пленкам к кристаллу происходит при возникновении расклинивающих давлений водяных молекул между пленками и растущими кристаллами.

поднимающегося воздуха водяной пар конденсируется на поверх;-

ности грунтовых частиц.

П е р е м е щ е н и е п о к а п и л л я р а м . В этом

случае, благодаря охлаждению грунта и увеличению поверхностно­

го натяжения воды, возрастает подъемная сила менисков, что и способствует подтягиванию влаги к границе промерзания по ка­ пиллярам.

Главную роль в процессе миграции влаги в промерзающих грун­

тах, согласно современным воззрениям, играет пленочный и пле­

ночно-кристаллизационный механизм передвижения влаги. Переме­ щение влаги в грунтах тесно связано с пучением и наиболее ин­

объем грунта, раздвигают грунтовые частицы и вызывают пучение поверхности грунта. Пучение внешне проявляется в вертикальном поднятии поверхности грунта. Б зависимости от однородности про­

стирания грунтов пучение по площади может быть неравномерным

и равномерным. По глубине пучение затухает к непромерзаемой зоне. В верхней трети глубины промерзания пучение достигает

60% от общей высоты пучения (ибо там больше всего образуется

ния, так как для накопления достаточного количества льда в ви­ де прослоек требуется длительное время. Пучение потенциально возможно при наличии:

I) промерзания грунта (отрицательные температуры),

.2) присутствия в грунте тонких фракций, обеспечивающих

действие молекулярных сил (морозоопасные грунты),

3) наличия в грунте рыхлосвязанной воды.

При отсутствии хотя бы одного из указанных условий пуче­

ние развиваться не может.

Основным показателем пучиноопасности грунтов является их

56

лярных сил сочетается с высокой влагопроводностью, благодаря чему перемещение влаги происходит быстро и ледяные прослойки могут достигать больших размеров. Чистые средне- и крупнозер­ нистые пески, гравий, галька относятся к непучинистым грунтам.

Эти грунты становятся пучиноопасными, если их пустоты запол­ нены пучинистым грунтом. О степени пучинистооти различных грун­

тов можно судить по классификации, предложенной М.Ф.Киселевым

(таб л .5) [ю ].

Благоприятные условия для развития пучения создаются при проникании в грунты поверхностных вод, грунтовых вод со сторо­ ны, а также капиллярной воды при высоком стоянии уровня грун­

товых вод. С увеличением плотности грунтов, ввиду ухудшения условия скопления воды в них, опасность пучинообразования умень­

шается.

Борьба с зимним влагонакоплением и пучением грунтов воз­ можна по нескольким направлениям:!) по пути уменьшения глубины

промерзания оснований покрытий устройством термоизоляционных

пучиноопасные; 4) уплотнения грунтов оснований, обработки грун­

тов вяжущими;5) создания конструкций покрытий, устойчивых к

пучению.

Как видим, устранение переувлажнения оснований покрытий является не только фактором обеспечения необходимой несущей способности грунтов оснований, но и при соответствующих клима­ тических условиях одним из важных направлений по борьбе с зим­ ним пучением. Причины, вызывающие увлажнение оснований, были указаны выше.

Для предупреждения доступа воды в основания покрытий и отвода воды из оснований при строительстве ВПП, РД, МС в необ­ ходимых случаях предусматривается устройство дренажа. Назначе­

нием дренажа является:

1)сбор и отвод воды из пористых оснований покрытий;

2)перехват и отвод грунтовой воды (или верховодки), по­ ступающей к покрытиям со стороны;

3) понижение уровня и отвод грунтовых вод (или верховодки)

воснованиях покрытий.

Всоответствии с назначением дренажа различают:

I)дренаж для отвода воды из пористых оснований покрытий;

58

2) дренаж для перехвата, понижения уровня и отвода грунт

вых вод в грунтовых основаниях покрытий.

Оба вида дренажа устраиваются в виде дрен, прокладываемых

вдоль кромок покрытий со стороны возможного притока воды.

В связи с расположением в непосредственной близости эа кромками покрытий дрены первого вида дренажа, предназначаемого

условиями. К разновидности глубинных дрен можно, по существу,

отнести и за1фомочные дрены. Дрены, устраиваемые для перехвата воды, поступающей к покрытиям со стороны, часто называют экра­

нирующими дренами или просто экран-дренами.

При необходимости отвода воды одновременно из пористых ос­

нований и грунтовой воды (верховодки) из грунтовых оснований сооружаются глубинные дрены с учетом приема того и другого ви­

да воды.

Применение глубинных дрен, или глубинного дренажа, в прак­

тике строительства ВПП, РД, МС встречается несравненно реже, чем применение закромочных дрен. Глубинные дрены целесообраз­ но применять в сочетании с вертикальной планировкой ВПП, РД, МС при устройстве покрытий в насыпи и обеспечением наименьше­

го возвышения поверхности грунтового основания (дна корыта)

над уровнем грунтовых вод или верховодки в соответствии с табл .6 {29].

Применение различных видов дрен, их конструкций и располо­ жения зависит от местных климатических, грунтовых и гидрогео­

логических условий, а также от типа покрытий и толщины искус­

ственных пористых оснований.

Толщину искусственных оснований в настоящее время по тех­ ническим уоловиям на проектирование аэродромных покрытий ре­

комендуется принимать не менее значений, указанных в табл.7.

При строительстве аэродромов в условиях возможного мороз­ ного (зимнего) пучения грунтов толщину искусственных основа­ ний, устраиваемых, как известно, из непучинистщх материалов

(песок, гравий, песчано-гравийные смеси и т .д .) , следует на­ значать таким образом, чтобы естественные грунты после укладки

Т а б л и ц а 7

Рекомендуемая толщина искусственного основания из средне­

зернистого и крупнозернистого песков (в сантиметрах)

'f

Пр и м е ч а н и е . Большую толщину, указанную в табли­

це, следует принимать для районов, расположенных в северной

части данной климатической зоны, а меньшую - в южной.

искусственных оснований и покрытий не могли бы развивать пуче­ ния Сверх допустимой величины для данного покрытия. Искусст­ венные основания при этом могут укладываться взамен или поверх