Предложения по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог (46560)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СОЮЗДОРНИИ

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОЦЕНКЕ И УЧЕТУ ИСТОЧНИКОВ УВЛАЖНЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЮ ВОДНОГО РЕЖИМА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

МОСКВА 1966

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие «Предложения по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог» являются дальнейшим развитием изданных Министерством транспортного строительства СССР в 1965 г. «Методических указаний по проектированию морозозащитных и дренирующих слоев в основании проезжей части автомобильных дорог» и предназначаются для проектирования земляного полотна в развитие СНиП II-Д.5-62, пункта 5.16.

В «Предложениях» более подробно рассмотрены вопросы, связанные с установлением расчетного уровня подземных вод, расчетной глубины промерзания конструкции, и некоторые другие вопросы, позволяющие более обоснованно проектировать земляное полотно и дорожную одежду в различных местных условиях. Помимо этого, оказалось возможным несколько упростить отдельные расчетные номограммы, а также порядок расчета и тем самым облегчить назначение мероприятий по обеспечению морозоустойчивости и осушению дорожных конструкций.

«Предложения» разработаны сотрудниками Союздорнии и Ленинградского филиала Союздорнии: Л.А. Преферансовой (раздел II), М.Б. Корсунским, Г.В. Волчанским, П.Д. Россовским, В.И. Рувинским (разделы III и IV) и И.А. Золотарем (приложение 3). Общее редактирование осуществлено А.М. Кривисским.

Директор Союздорнии

канд. техн. наук - В. Михайлов

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I. Прочность и долговечность дорожной конструкции в значительной степени определяется устойчивостью земляного полотна, зависящей от водно-теплового режима слагающих его грунтов.

Земляное полотно неизбежно подвержено всем тем сезонным воздействиям, которые обусловливаются, с одной стороны, общими климатическими условиями района прохождения трассы, а с другой - особенностями каждого участка дороги (источники увлажнения, свойства почво-грунтов и др.).

В годовом цикле водно-теплового режима земляного полотна в районах с сезонным промерзанием грунтов*) накопление влаги в грунтах начинается осенью за счет увеличения интенсивности атмосферных осадков и уменьшения испарения.

*) Настоящие «Предложения» не распространяются на районы многолетнемерзлых грунтов, а также на искусственно орошаемые территории южных районов.

С началом промерзания грунтов земляного полотна влагонакопление продолжается. В этот период источником его является в основном влага, перемещающаяся в замерзающий грунт снизу и с боков. В результате зимнего влагонакопления может происходить значительное разуплотнение и неравномерное пучение грунтов, нарушающее в определенных условиях целость дорожной одежды и ровность ее поверхности, так называемое морозное пучение.

Весной вода, освобождающаяся в большом количестве при оттаивании земляного полотна, насыщает разуплотненный грунт, вследствие чего резко снижается его устойчивость, и под действием повторных нагрузок от движущихся автомобилей дорожная одежда может деформироваться.

Ограничение сезонных изменений состояния грунтов некоторыми допустимыми пределами является задачей правильного проектирования земляного полотна, которое должно вестись с подробным учетом природных особенностей каждого отдельного участка дороги.

В то же время нельзя проектировать земляное полотно в отрыве от назначения конструкции дорожной одежды, ибо только строго совместное решение этих двух вопросов обеспечивает создание безусловно надежной и наряду с этим наиболее экономичной дорожной конструкции.

2. Для обеспечения устойчивости земляного полотна в районах с сезонным промерзанием грунтов необходимо ограничить величину морозного пучения до допустимой и предусмотреть быстрейший отвод от основания проезжей части воды, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов. С этой целью на участках, находящихся в неблагоприятных условиях увлажнения, применяют специальные инженерные мероприятия: увеличение высоты насыпи, введение в конструкцию дорожной одежды дополнительных слоев из стабильных материалов (морозозащитные слои), а в необходимых случаях устраивают дренирующие слои из фильтрующих материалов.

Эффективность, экономичность и надежность каждого инженерного мероприятия обеспечиваются соответствующими расчетами с учетом данных о климате местности, условий увлажнения поверхностными и подземными водами, а также интенсивности и глубины промерзания, свойств грунтов земляного полотна и материалов, используемых для устройства дорожной одежды.

В связи с этим вопросам установления основных расчетных характеристик в различных местных условиях в «Предложениях» уделяется возможное при современном уровне знаний внимание.

3. По существующему дорожно-климатическому районированию территория СССР разделена на 5 зон (п. 4 СНиП II-Д.5-62). Разделение на зоны проведено по признакам: баланс влаги и тепла (осадки - испарение) и особенности проектирования строительства дорог.

К I дорожно-климатической зоне относится вся территория распространения многолетнемерзлых грунтов. Условия проектирования и строительства автомобильных дорог в этих районах имеют ряд особенностей, регламентированных специальными инструкциями.

II дорожно-климатическая зона выделена по признаку избыточного увлажнения: приток влаги более ее расхода. Сочетание погодно-климатических условий с преимущественно равнинным рельефом местности и высоким на значительной части зоны уровнем подземных вод способствует интенсивному зимнему влагонакоплению в грунтах земляного полотна. Устойчивость земляного полотна в этой зоне обеспечивается специальными мероприятиями по предохранению земляного полотна от недопустимого морозного пучения и устройством надежного водоотвода.

III дорожно-климатическая зона характеризуется неустойчивым (переменным) увлажнением. Погодно-климатические и природные условия в меньшей степени способствуют зимнему влагонакоплению. Мероприятия по защите земляного полотна от морозного пучения применяются реже и преимущественно в северной части. Особое значение приобретает уплотнение грунтов при возведении земляного полотна.

Для IV дорожно-климатической зоны характерно недостаточное увлажнение: приток влаги меньше ее расхода на испарение. Особенностью строительства дорог в этой зоне являются условия уплотнения грунтов при их недостаточной влажности и наличие в некоторых районах засоленных грунтов; предусматривать специальные мероприятия по ограничения морозного пучения и по осушению земляного полотна здесь, как правило, нет необходимости.

V дорожно-климатическая зона имеет свои характерные особенности: засушливый климат, широкое распространение засоленных грунтов и подвижных песков, а также искусственное орошение на значительной части зоны. Все это требует в ряде случаев специальных мероприятий для обеспечения устойчивости земляного полотна.

Горные районы с вертикальной зональностью, прибрежные районы Черного и Каспийского морей выделены в особые внезональные области.

Так как по направлению с запада на восток наблюдается уменьшение осадков и климат становится более континентальным, что вызывает увеличение скорости и глубины промерзания и уменьшение зимнего влагонакопления, предлагается разделить II, III и IV дорожно-климатические зоны примерно по Уральскому хребту (между 55 и 60° восточной долготы) на западную (более влажную) и восточную (более сухую) подзоны.

4. По характеру и степени увлажнения местность разделяется на три типа. В отличие от п. 4.6 СНиП II-Д.5-62, в табл. 1 приводятся более конкретные признаки каждого типа местности.

Условия, когда влиянием подземных вод на увлажнение почво-грунтов можно пренебречь, зависят от глубины залегания уровня воды перед началом промерзания, характера грунтов и расчетной глубины промерзания земляного полотна. Ниже приводятся для разных грунтов приблизительные расстояния, которые нужно добавлять к расчетной глубине промерзания*), чтобы получить так называемую «безопасную» глубину залегания подземных вод в осенний период:

глины, суглинки тяжелые и суглинки тяжелые пылеватые - 2,5 м;

суглинки легкие пылеватые, супеси пылеватые и тяжелые пылеватые - 1,5 м;

супеси легкие и легкие крупные, пески пылеватые - 1,0 м.

*) Определение расчетной глубины промерзания см. в приложении 2.

Таблица 1

Характеристика местности по условиям увлажнения

II. РАСЧЕТНЫЙ УРОВЕНЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

5. Основным источником поступления влаги в земляное полотно в районах с сезонным промерзанием грунтов при 3-м типе местности по характеру увлажнения являются подземные воды первого от поверхности водоносного слоя.

В подземных водах следует различать грунтовые воды и верховодку.

Грунтовые воды существуют постоянно; они содержатся в различных по возрасту и составу горных породах, подстилаемых первым от поверхности земли водоупорным слоем. Нижняя часть водоносного слоя, где поры грунта полностью заполнены водой, называется зоной насыщения. Слои грунта, отделяющие зону насыщения от поверхности земли и содержащие в порах наряду с водой воздух, носят название зоны аэрации.

В нижней части зоны аэрации, непосредственно примыкая к зоне насыщения, располагается капиллярная кайма, поры которой частично заполнены водой, поднимающейся по капиллярам от грунтовых вод. Влага, находящаяся в капиллярной кайме, гидравлически связана с грунтовыми водами. С изменением уровня грунтовых вод происходит соответствующее перемещение капиллярной каймы, скорость которого несколько отстает от скорости передвижения уровня грунтовых вод.

Под верховодкой понимаются все разнообразные виды капельножидких вод (капиллярные, а иногда гравитационные), находящиеся выше уровня грунтовых вод и капиллярной каймы и удерживаемые капиллярными силами на менее водопроницаемых слоях или на линзах водоупорных слоев ограниченного размера. Верховодка - явление сезонное; она не имеет постоянного уровня и в различные периоды года находится на разной глубине от поверхности земли. В песках и глинах верховодка, как правило, не встречается. Наиболее благоприятны для образования верховодки суглинки, тяжелые супеси и лессовидные породы, в которых она может существовать продолжительное время. Преимущественным местом образования верховодки являются равнинные участки с плохо обеспеченным поверхностным стоком, блюдца, западины, бессточные котловины. Своим происхождением верховодка обязана главным образом инфильтрации атмосферных осадков и влаге, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов.

6. Режимом грунтовых вод называется совокупность явлений, связанных с изменением состояния грунтовых вод во времени (колебания уровня, изменения дебита, скорости движения, химического состава).

Режим грунтовых вод определяется рядом условий, главнейшими из которых являются:

- условия питания - соотношение между выпадающими осадками, величинами испарения и поверхностного стока;

- мощность и состав грунтов зоны аэрации. Чем больше мощность и водопроницаемость грунтов зоны аэрации, тем меньше высота подъема и амплитуда колебаний уровня.

Различают следующие виды колебаний уровня грунтовых вод:

1) эпизодические колебания, вызываемые интенсивным выпадением атмосферных осадков, а также зимними оттепелями. Амплитуда колебаний значительная, но непродолжительная;

2) сезонные колебания, обусловливаемые распределением осадков и испарения в годовом разрезе; они характеризуются довольно правильной периодичностью и значительной амплитудой;

3) годовые колебания, определяемые различной величиной осадков и испарения за отдельные годы. Амплитуды их обычно меньше, чем при сезонных колебаниях;

4) многолетние колебания, связанные с изменением климата;

5) вековые колебания уровня, соответствующие по своему ритму вековым колебаниям солнечной активности; ритмичность колебаний уровня грунтовых вод наиболее четко выражена периодичностью 10 - 12 лет (одиннадцатилетний ритм).

Годовой цикл колебаний уровня грунтовых вод в районах с сезонным промерзанием имеет чаще всего следующую закономерность. Весенний подъем уровня происходит с началом снеготаяния и достигает своего максимума после полного оттаивания всего промерзшего слоя. Максимальное положение уровня грунтовых вод непродолжительно, после чего начинается весенне-летний спад его. Выпадение атмосферных осадков может вызвать кратковременное повышение горизонта грунтовых вод или замедление его понижения. Осенью, с наступлением затяжных дождей, уровень грунтовых вод повышается, достигая в некоторых случаях значительной величины. С началом промерзания грунтов наблюдается понижение уровня вплоть до достижения его наинизшего положения в конце зимы. Оттепели во второй половине зимы могут вызывать кратковременные подъемы уровня.