Глава XI 322

йУ = Ш = (В + тН) Ы1, (XI .5) 332

сIV = ЦйУ, 337

Ц = Ш = (XI.II) 337

а) 351

А (Ч-в!) е р, 427

Кв КУК0КВ, 526

«та*=Р*1?Ф + с, (XVII. 17) 532

К_пуч=-», (XVI. 18)

где К_п — коэффициент пучения при а — 100; значение которого приведено в табл XVI 4, а—климатический коэффициент, отражающий скорость прони­кания в грунт температуры — I^е С (см. § VII 4); р — коэффициент, учитываю­щий гидрогеологические условия местности (для сырых участков с необеспечен­ным водоотводом Р = 1,5, для сухих участков р = 1); "у — коэффициент, учи­тывающий тип земляного полотна (для насыпей с рабочей отметкой > 1 м у' — = 1, для малых насыпей и выемок V = 1.5).

334Формула (XVI.18) выведена проф Н. А. Пузаковым по данным наблюдений.

При высоком стоянии уровня грунтовых вод на глубине Л от по­верхности (3-й тнп местности по условиям увлажнения) пучение, вы­зываемое накапливающейся в земляном полотне влагой <2, может быть определено по предложенной Н. А. Пузаковым зависимости

в— V ^2а— 1° с'чр

(XVI 19)

где Н_к — коэффициент капиллярной влагопроводности, см/сут; — на­чальная капиллярная влагоемкость в долях объема, занимаемого водой в грун­те; IV_в — молекулярная влагоемкость. Значения 1Г_К и М7₀ были приведены в табл. VII.3; Я_г._в — глубина уровня грунтовой воды от поверхности грунта; 'кр — продолжительность промерзания до достижения критической глубины, ниже которой давление грунта препятствует возникновению линз льда

Если учесть, что глубина промерзания г_пром = ]/2а , г /_к„ и обозначить через / произведение 2/г„ (1>7_К — №'„), зависящее только от свойств грунта, то уравнению (XV 1.19) можно придать вид:

^'етг^т- г_пром)_Ф. (XVI.20)

— 1 \ ^ЛГ.В ^пром /

Коэффициент ф = 0,7 введен на основе опыта для учета неравно­мерности образования прослоек льда на разных глубинах зоны про­мерзания. Для супесей / ориентировочно равно 50, для глины 300.

Необходимая суммарная толщина каменной части покрытия и морозозащитного слоя, согласно уравнению (XVI.16), учитывая, что

^'^100^ГОЛ' ⁼ /"Г" ^0ПР^еД^елится из выражения:

100 (/пуч /доп) 01\

мор к ' Т~ " (Л V 1.^1)

^ГГУЧ 2

§ XVI.?. Расчет толщины дренирующих слоев дорожной одежды

На участках с неблагоприятными гидрогеологическими условиями в результате миграции влаги в морозозащитном слое дорожной одеж­ды и в подстилающем грунте за зиму скапливается значительное ко­личество воды, которое может быть определено по уравнению (VII.14).Весной темная проезжая часть оттаивает быстрее, чем обочины, покрытые снегом, и поверхность мерзлого грунта имеет вогнутое очер­тание, образуя так называемый донник (рис. XVI. 12). Выделяющая­ся при оттаивании ледяных линз вода разжижает подстилающий грунт и при проезде автомобилей в нем возникают гидродинамические на­поры. Сопротивление грунта сдвигу снижается, что может явиться причиной разрушения дорожных одежд Поэтому для отвода выделяю­щейся воды в конструкции дорожной одежды должны быть предусмо­

трены дрен ирующие слои из хорошо фильтрующих материалов — песка, щеб­ня, отгрохоченного гравия, имеющих коэффициент фильтрации не менее 1 м/сут.

Методика расчета тол­щины дренирующих слоев предложена проф. А. Я. Ту­леевым.

Количество воды, поступающей в основание дорожной одежды в период оттаивания, складывается из воды, выделяющейся при отта­ивании грунта под проезжей частью % и под обочинами с/₂, а также просачивающейся через покрытие и обочины во время весенних дождей.

Вода, накопившаяся в грунте за зиму, в процессе зимней мигра­ции влаги, по мере оттаивания ледяных линз выжимается вверх в пес­чаное основание. Величина оттаивания грунта земляного полотна под проезжей частью во II и III дорожно-климатических зонах может достигать 5 см в день. Вода, выделяющаяся при оттаивании обочин, а также проникающая в ннх при дождях н таянии снега, также про­сачивается в песчаное основание, так как донник имеет уклон к сере­дине дороги. В день обочины могут оттаивать на 3 см.

Количество воды, поступающей из оттаявшего грунта земляного полотна, составляет разницу между накопившейся за зиму водой и водой, удерживаемой грунтом, в количестве примерно равном 0,75 от влажности границы текучести. Обычно при расчетах пользуются установленными из наблюдений значениями суммарной величины среднесуточного притока воды в основание с/ (в л/м²) с проезжей ча­сти (табл. XV 1.5)

Рис. XVI. 12. Неравномерное оттаива­ние земляного полотна: I — оттаявший грунт; 2 — переувлажнен­ный оттаявший грунт; 3 — мерзлый грунт

Таблица XVI.5

Дорожи о-клима­тическая зона	Тип увлажнения местности	Приток воды, л/мЕ, в дренирующий слой дорожной одежды при грунтах земляного полотна
		мелкие пески, пьшеватые пески, легкие и тяже­лые супеси	суглинки тяже­лые. пылеватые глины	пылеватые супе­си н суглинки, легкие пылеватые суглинки
	I	2,0 (15)	2,0 (20)	3,0 (35)
II	2	3,0 (25)	3,0 (50)	4,0 (80)
	3	3,5 (60)	4,0 (90)	5,0 (130)
	1	2,0 (20)	1,5 (15)	2,0 (20)
III	2	3,0 (50)	2,0 (30)	2,5 (40)
	3	4,0 (90)	2,5 (50)	3,5 (60)
	I	0	0	0
IV	2	0,5 (7)	0,5 (15)	1,5 (20)
	3	2,0 (25)	2,0 (30)	2,0 (40)

Примечание. В скобках указано общее количество воды, вь[Деляемой за весь период весеннего оттаивания.

Толщину песчаного основания назначают конструктивно или из соображений морозоустойчивости (рис. XVI.13). Для расчета про­пускной способности песчаного основания при отводе поступающей в него из подстилающего грунта воды можно использовать уравнение Дарси, которое для плоской задачи при наклонном водоупоре и рав­номерном движении воды в переменным расходом, нарастающим по длине х, имеет вид:

С1₌К11(1—(ХУ1.22)

где (3 — пропускная способность дренирующего слоя, м³/сут; К — коэф- ициент фильтрации песка, [Ус.ут; I — уклон' водоупора, доли единицы; —переменная глубина гл.ог. воды в песке

Общий приток воды на сюлоеу шириной 1 м О ~ дх,

где Ц — удельный приток воды, постугающей в расчетный период года в дренирующий слой из расчета на 1 м² м^?/сут

Приравнивая выражения для получаем дифференциальное уравнение

~ х(1х — Игёх—Нйк. (XVI.23)

А

Интегрирование его в предела? для х от 0 до Ь и для к от й, до Н_а приводит к выражению, которое дает возможность определить необ­ходимый коэффициент фильтрации песка или, наоборот, проверить, исходя из коэффициента фильтрации песка, имеющегося в районе строительства, достаточность намеченной толщины песчаного основа­ния:

(XVI.21)

Глубину фильтрационного потока Н₂ у дрены обычно принимают равной 0,05 м.

При расчетах песчаных основа­ний в с реднесуточный приток воды ^ вводят коэффициенты, учитываю­щие неравномерность оттаивания и выпадения дождей К„ и сниже­ние фильтрационной способности песка в результате загрязнения в период эксплуатации дороги К_г-

Величина К_п ^в зависимости от грунта, климатической зоны и ти­па увлажнения составляет 1,3 — 1,7. Коэффициент К_г для непыле- ватых грунтов равен 1, для пыле­ватых К_г — 1.1—1Д

В начале периода оттаивания обочины остаются в замерзшем со-

а) 1	Ш^ШшШ
	же? ху 1 . т	^ 050100% Отностель- нйяВшншть

Влажность

Рис. XVI. 13. Схемы к расчетам дрени­рующих слоев дорожной одежды. а — по методу осушения; б — по методу накопления

12 Зал 725

стоянии, а под покрытием уже накапливается вода, поступающая из оттаявшего подстилающего грунта. Пропуск воды дренирующим слоем начинается спустя некоторый период запаздывания /_8ап продолжи­тельностью в несколько суток. Во II дорожно-климатической зоне он продолжается 4—6 сут, в III—3—4 сут (большие значения относят­ся к мелким пескам). Полное заполнение пор может быть допущено только в нижней части песчаного слоя. В верхней части слоя песок должен находиться только в состоянии капиллярного водонасыщения, так как иначе при динамических воздействиях проезжающих автомо­билей возможны тиксотропные явления, опасные для прочности до­рожной одежды.

К началу оттаивания в дренирующем слое всегда содержится не­которое количество влаги которое необходимо учитывать при на­значении толщины дренирующего слоя. Считают, что водой может быть заполнено от 0,3 до 0,7 объема пор, в зависимости от толщины дрени­рующего слоя и коэффициента пористости. •

В верхней части песчаного слоя, заполненной капиллярной вла­гой, удерживается (л/м²):

<2₂=(8г-8_и)Ь_{аа п}ф, (XVI.25)

где Л_зап —толщина капиллярно-насыщенного слоя, назначаемая из кон­структивных соображений, которую обычно называют запасной толщиной. Ее принимают меньшей, чем полная величина капиллярного поднятия в дрени­рующем слое, в пределах 0,4—0,7 й_нап, см; 5_К — приведенная толщина слоя капиллярной воды, удерживаемая песчаным слоем толщиной в 1 см на площади в I м²; х„ —то же, воды, находившейся в песке в начале периода оттаивания; ф — коэффициент, учитывающий различие в степени заполнения пор по высоте капиллярно-насыщенного слоя. Величина его" меняется в зависимости от тол­щины запасного слоя и крупности песка от 0,4 до 0,95.

Остающееся количество воды должно быть размещено в полностью заполненном водой песчаном слое. Необходимая для этого толщина со­ставляет

/г_нас = <3'зап-(%-*_н)й_за11ф _ (XVI.26)

где х_п — приведенная толщина слоя капиллярной воды, удерживаемой пес­чаным слоем толщиной в 1 см на площади в I г при полном заполнении пор.