Конструктивные меры по уменьшению глубины промерзания и обеспечению морозоустойчивости конструкций

4.11. Наиболее рациональными, отвечающими требованиям в отношении морозоустойчивости, являются дорожные одежды на насыпях из непучинистых или слабопучинистых грунтов или на насыпях, в которых возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем Н грунтовых вод больше расчетной глубины промерзанияzили равно ей, т. е. приz/H£1,0.

На участках, где невозможно выполнить это условие, в конструкции целесообразно вводить теплоизоляционные слои в целях уменьшения, глубины или полного предотвращения промерзания земляного полотна, или же предусмотреть меры по понижению уровня грунтовых вод. Нередко оказывается целесообразным предусматривать устройство водоизолирующих или каппиляропрерывающих прослоек для ограничения миграции влаги из нижних слоев земляного полотна в верхние, а следовательно, и пучения грунта при промерзании.

4.12. Дорожные одежды с теплоизоляционными слоями из таких дефицитных материалов, как пенопласты целесообразно назначать лишь для участков дорог, находящихся в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, таких как «мокрые» выемки, земляное полотно в нулевых отметках, низкие насыпи (z/H> 1,0).

4.13. Для пучинистых участков, находящихся в более благоприятных условиях по сравнению с перечисленными вп. 4.12, можно ограничиться конструкциями с конструктивно-теплоизоляционными слоями, позволяющими уменьшить глубину промерзания земляного полотна до допустимых пределов, отвечающих требованиям в отношении морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна.

4.14. Для пучинистых участков, на которых невозможно осуществить меры, перечисленные в п. 4.11-4.13настоящей Инструкции, следует разрабатывать индивидуальные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости дорожных одежд и земляного полотна. При разработке таких проектов необходимо учитывать: 1) условия залегании грунтов с ненарушенной структурой в основании насыпи, влияющие на неравномерность пучения; 2) возможную степень переувлажнения грунтов из за недостаточного возвышения дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых или длительно застаивающихся поверхностных под; 3) неизбежное изменение плотности грунтов в течение года в процессе эксплуатации дороги в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

4.15. В местах сопряжения участков, где ожидается разный размер пучения, следует предусматривать переходный участок дорожной одежды для предотвращения перепада (ступеньки) поверхности покрытия (рис. 4.1).

4.16. Па переходном участке необходимо предусматривать теплоизоляционный или морозозащитный слой клиновидной формы с тем, чтобы пучение на концах этого участка было равно предполагаемому зимнему поднятию покрытия на сопрягаемых участках.

4.17. Клиновидный теплоизоляционный или морозозащитный слой для переходного участка следует проектировать одновременно с назначением теплоизоляции или морозозащиты на основном протяжении дороги, предусматривая те же материалы.

Расчет конструкций на морозоустойчивость

4.18. Зимнее вспучивание существенно не влияет на ровность покрытия и долговечность дорожной одежды, если общее поднятие проезжей части в процессе промерзания конструкции не превышает следующих значенийl_доп(в сантиметрах)по формуле (4.1):

Капитальная одежда:

Цементобетонное монолитное покрытие ……………………………………………… 3

” сборное покрытие …………………………………………………... 4

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь I и II марок) …………………. 4

Облегченная одежда:

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь III марки) ……………………. 6

Переходная одежда …………………………………………………………………….. 10

Примечание. В восточных районах II-III дорожно-климатических зон значения l_доп следует увеличивать на 20-40 % (большее значение - для облегченных и переходных дорожных одежд).

4.19. Ожидаемое зимнее вспучивание дорожной конструкции зависит от размера зимнего влагонакопления в грунте земляного полотна, которое, в свою очередь, в основном зависит от глубины и скорости промерзания, условий увлажнения конструкции, возвышения верха земляного полотна над поверхностью земли и над уровнем грунтовых вод, свойств грунта и степени его уплотнения, толщины слоев стабильных материалов и их теплофизических свойств и других факторов.

Рис. 4.2. Номограмма для расчета конструкции на морозоустойчивость:

1 - слои из стабильных материалов; 2 - грунт земляного полотна; 3 - глубина промерзания

4.20. Для расчета конструкций на морозоустойчивость приz/H£1,0 при определении по номограмме (рис. 4.2) ожидаемого пученияl_пучнужны значения следующих параметров:

z- расчетная глубина промерзания, см;

z₁- толщина стабильных слоев дорожной одежды, в том числе и дополнительного морозозащитного слоя, см;

e_i - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (приложение 9);

Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ), см;

В - комплексная характеристика грунта по степени пучинистости (табл. 4.2), см²/сут;

a₀- климатический показатель, см²/сут.

С помощью номограммы (см. рис 4.2) можно найти значения любого из перечисленных параметров при известных остальных. Так, общую толщину слоевz₁из стабильных материалов можно определить следующим образом. Вычислить отношениеl_пучa₀/(Bz) приl_пуч=l_доп, найти его значение на вертикальной оси номограммы, провести горизонтальную прямую до пересечения с кривой, соответствующейz/H, и, перенося эту точку на горизонтальную ось, получить значениеz₁/z; откуда, знаяz, найтиz₁.

Рис. 4.3. Карта изолиний глубины промерзания z_сргрунтов на территории СССР:

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного (глубиной до 25 м). Поправка, добавляемая к z_ср при определении глубины промерзания дороги:

zср, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
Поправка, м	0,30	0,40	0,50	0,57	0,63	0,68	0,72	0,75	0,77

При расчете конструкции на морозоустойчивость при z/H> 1,0 можно ожидаемое пучениеl_пучи общую толщину стабильных слоев дорожной одежды (в том числе и дополнительного морозозащитного слоя,z₁), необходимую для обеспечения морозоустойчивости конструкции, назначить по методу, изложенномув приложении 7.

4.21. Расчетные значения глубины промерзания zи расстояния Н до предзимнего уровня подземных вод следует определять в соответствии с ГОСТом и инструктивными указаниями с использованием многолетних данных наблюдений за изменением этих параметров в натурных условиях сходных с условиями района строительства. Допускается назначать расчетные значения z и Н по данным региональных исследований.

При отсутствии достоверных практических данных о глубине промерзания за расчетную может быть принята глубина промерзания по карте (рис. 4.3) и при этом климатический показатель следует назначать по карте изолинийa₀(рис. 4.4).

При использовании данных непосредственных измерений глубины промерзания величина

, (4.2)

где - средняя многолетняя глубина промерзания по данным измерения, см;

z_1.0- толщина дорожной одежды на объекте измерения, см;

- средняя многолетняя продолжительность промерзания грунта земляного полотна, сут.

4.22. Комплексная характеристика В (п. 4.20) зависит от влагопроводимости грунта, полной его влагоемкости при требуемой плотности (за вычетом защемленного воздуха), а так же от капиллярной влагоемкости. Значение В следует определять на основе данных испытаний грунта на морозоустойчивость.

В = К_пучa₀/1,86, (4.3)

где К_пуч- коэффициент пучения грунта, определяемыйпо приложению 6, в долях единицы.

Рис. 4.4. Карта изолиний климатического коэффициента a₀.

Поз. 1 и 2 - см. на рис. 4.3

Таблица 4.2

Грунты	Показатель В, см2/сут	Степень пучинистости в условиях 3-го типа местности по характеру увлажнения
Песок (непылеватый) с содержанием частиц мельче 0,05 мм в пределах 2 15 %, супесь легкая крупная	1,5-2,0	Слабопучинстые
Глины, суглинки легкие и тяжелые (непылеватые), супеси легкие	3,0-3,5	Пучинистые
Супеси пылеватые, суглинки тяжелые пылеватые пески пылеватые	4,0-4,5	Сильнопучинистые
Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие пылеватые	5,0	Чрезмерно пучинистые

Если экспериментально определить коэффициент К_пучневозможно, расчетное значение комплексной характеристики В грунтов можно братьпо табл. 4.2.

4.23. С учетом теплотехнических свойств эквивалентная толщина (по отношению к щебню из гранитных пород) слоев из стабильных материалов:

z_1.э = h₁e₁ + h₂e₂ + h₃e₃ +..., (4.4)

где h₁,h₂,h₃, … - толщины слоев дорожной одежды из стабильных материалов, см;

e₁,e₂,e₃... - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (см. приложение 9).

4.24. На дорогах с капитальными одеждами и усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимая общая эквивалентная толщина слоев из стабильных материалов составляет обычно 65-80 % от толщины, получаемо по номограмме (см. рис. 4.2) приz/H»1,0, т. е. = (0,65¸0,80); коэффициент, равный 0,65, принимают при обеспечении безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся воды (см. п. 5.19).

4.25. На участках дорог, находящихся на местности 1-го типа по условиям увлажнения, не наблюдается значительного зимнего влагонакопления и пучения даже в районах с глубоким промерзанием. В этом случае толщина дорожной одежды, определяемая расчетом на прочность, обеспечивает также и необходимую морозоустойчивость конструкции.

Однако на дорогах с капитальной одеждой, если она подстилается пылеватыми супесями, следует предусматривать меры по ограничению поступления воды в дорожную конструкцию с поверхности.

4.26. Облегченные дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимо проверять на морозоустойчивость только при пылеватых супесчаных грунтах. При других подстилающих грунтах толщины дорожных одежд, определяемые расчетом на прочность, обеспечивают также и морозоустойчивость.

Облегченные конструкции дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями при 1-м типе местности на морозоустойчивость проверять не требуется.

4.27. Если для обеспечения необходимой морозоустойчивости требуется общая толщина дорожной одежды, превышающая толщину, полученную расчетом на прочность, следует конструкцию одежды откорректировать и вновь рассчитать по критериям прочности.

4.28. Морозозащитный слой из фильтрующих материалов обычно служит и элементом дренажной конструкции, поэтому он должен быть рассчитан также на своевременный отвод поступающей воды