Температура грунтовых вод, в отличие от верховодки, которая замерзает, всегда положительная. Амплитуда колебаний ее тем меньше, чем глубже залегают грунтовые воды от поверхности земли; максимум температуры наблюдается осенью, перед началом дождей, минимум - во время весеннего снеготаяния.
Режим верховодки, обычно залегающей вблизи поверхности земли, в значительной степени зависит от погодных условий и поэтому очень неустойчив. Чаще всего верховодка образуется весной, в период наибольшей инфильтрации талых вод. К концу лета, особенно при продолжительных засухах, верховодка может совсем исчезнуть. Осенние дожди пополняют запасы верховодки, а в некоторых случаях вызывают ее появление.
7. В настоящее время в режиме грунтовых вод выделяют типы, подтипы, классы и подклассы. На территории этим подразделениям соответствуют провинции, зоны, области и районы [1]. В основу этого разделения положена средняя многолетняя годовая температура воздуха, определяющая условия питания подземных вод. По этому признаку выделено три типа режима, характеризующиеся различными условиями питания. Соответственно выделенным типам режима территория СССР разделена на три провинции (табл. 2, рис. 1).
Таблица 2
Типы режимов грунтовых вод
|
Тип режима по условиям питания |
Наименование провинций |
Характеристика провинций |
|
Кратковременное, преимущественно летнее питание |
А |
Средняя многолетняя годовая температура воздуха отрицательная. Территория с распространением многолетнемерзлых грунтов |
|
Сезонное, преимущественно весеннее и осеннее питание |
Б |
Средняя годовая многолетняя температура воздуха положительная; в холодный период средняя многолетняя месячная температура воздуха отрицательная |
|
Круглогодичное, преимущественно зимнее питание |
В |
Положительная многолетняя среднемесячная температура воздуха в самый холодный период. Территория, где промерзание грунтов наблюдается в отдельные годы |
Тип режима сезонного питания (провинция Б)*) по признаку возможной величины питания подземных вод, определяемой разностью между атмосферными осадками, испарением и стоком, разделен на три подтипа: 1) обильного питания; 2) умеренного питания и 3) скудного питания.
*) Поскольку настоящие «Предложения» разработаны для районов с сезонным промерзанием грунтов (II, III, IV и частично V дорожно-климатические зоны), что примерно соответствует провинции Б, из дальнейшего рассмотрения исключены провинции А и В.
По этому признаку провинция Б разделяется на три зоны (рис. 1, 2, табл. 3): 1) зону обильного питания (4); 2) зону умеренного питания (5); 3) зону скудного питания (6).
Таблица 3
Зоны и подтипы режима грунтовых вод
|
Наименование зон |
Характеристика подтипа режима |
|
Обильного питания |
Обязательный предвесенний годовой минимум; два подъема - весенний и осенний. Летний спад уровня осложнен кратковременными подъемами за счет выпадения осадков. Весенний подъем равен годовой амплитуде 1 - 1,5 м; начало подъема на севере зоны - май, на юге - первая половина апреля |
|
Умеренного питания |
Четкий весенний минимум в марте или апреле. Плавный летний спад. Осенний подъем выражен менее четко, сроки его наступления смещены ближе к зиме. Годовой минимум неустойчив; возможен осенью и в конце зимы; годовая амплитуда 1,8 - 2,5 м |
|
Скудного питания |
Весенний подъем выражен слабо (февраль - март). Годовой минимум - осенью; летний спад определяет годовую амплитуду 0,7 - 0,9 м |
В зависимости от степени дренированности территории в подтипах режима выделены классы, а зоны разделены на области. В слабо дренированных областях подъем и спад уровня происходит плавно; в сильно дренированных - колебания уровня более резкие, но амплитуда колебаний меньше.
Рис. 1. Карта районирования территории СССР по типам, подтипам и классам режима грунтовых вод (заимствована из книги А.А. Коноплянцева, В.С. Ковалевского, С.М. Семенова «Естественный режим подземных вод и его закономерности». М., Госгеолтехиздат, 1963)
Рис. 2. Типовые графики годового цикла колебаний уровня грунтовых вод:
а - зона обильного питания; б - зона умеренного питания; в - зона скудного питания
8. Наиболее распространенной причиной увлажнения земляного полотна в районах с сезонным промерзанием при близком к поверхности земли залегании подземных вод является капиллярное поднятие в сочетании с перемещением пленочной влаги в процессе промерзания грунта.
Интенсивность этих процессов зависит от взаимного положения границы промерзания и капиллярной каймы в грунте в период, когда промерзает земляное полотно. Зимнее влагонакопление в грунтах, склонных к пучинобразованию, может достигать весьма значительных величин при расположении капиллярной каймы в зоне промерзания. Вследствие наличия гидравлической связи с подземными водами, влага капиллярной каймы, перемещающаяся в зону промерзания, быстро восстанавливается.
Многочисленными исследованиями и полевыми наблюдениями за водно-тепловым режимом земляного полотна установлено, что весенний подъем уровня подземных вод не влияет сколько-нибудь ощутимо на состояние дорожной конструкции. При неглубоком залегании подземных вод весенний подъем имеет пикообразный характер и продолжительность его не превышает обычно 10 - 15 дней. За такой короткий срок, особенно в хорошо уплотненных связных грунтах, высота капиллярного поднятия крайне невелика. Отсюда следует, что состояние весной дорожной конструкции будет определяться в подавляющем большинстве случаев величиной зимнего влагонакопления. Таким образом, исходя из анализа годового цикла водно-теплового режима земляного полотна, наиболее опасным для устойчивости дорожной конструкции следует считать положение уровня подземных вод перед началом промерзания. Поэтому за расчетный уровень подземных вод при проектировании автомобильных дорог в районах с сезонным промерзанием грунтов предлагается принимать его наивысшее многолетнее положение перед началом промерзания грунта, что для значительной территории II дорожно-климатической зоны соответствует многолетнему осеннему максимуму.
9. В настоящее время еще не разработаны надежные методы, которые давали бы возможность на основании ограниченного количества признаков устанавливать положение расчетного уровня подземных вод в различных природных условиях.
В связи с этим на практике приходится учитывать все многообразие природных факторов, чтобы установить наиболее близкое к действительному положение расчетного уровня.
Перед началом изысканий уточняют климатические, почвенно-грунтовые, гидрогеологические особенности местности и выясняют, какой подтип режима грунтовых вод распространен на этой территории (рис. 1 и 2).
В процессе изысканий нужно очень внимательно изучать почвы, рельеф местности и растительность, определяющие характер гидрогеологического режима.
Разведочные выработки размещаются в соответствии с «Указаниями по инженерно-геологическим обследованиям при изысканиях автомобильных дорог» (М., Союздорпроект, 1963). Глубина выработки назначается в зависимости от расчетной глубины промерзания и разновидности грунтов таким образом, чтобы она не менее чем на 0,5 м превышала так называемую «безопасную» глубину расчетного уровня подземных вод (см. п. 4).
За уровень подземных вод в выработке принимается его положение, установившееся в связных грунтах в течение 6 - 8 часов после вскрытия водоносного горизонта. Следует определить тип вскрытых вод: грунтовые воды или верховодка.
10. Когда в районе изысканий отсутствуют станции или посты, ведущие наблюдения за уровнем подземных вод, расчетный уровень последних устанавливается на основании замеров в процессе изысканий с подробным учетом при этом всех природных факторов, характеризующих условия увлажнения местности.
Положение грунтовых вод перед промерзанием (осенний максимум), принимаемое за расчетный уровень, не имеет отчетливо выраженных признаков и определяется через максимальный уровень в годичном цикле (рис. 2) с введением соответствующих поправок.
Что касается верховодки, уровень которой крайне неустойчив, причем колебания уровня здесь могут в несколько раз превосходить таковые для грунтовых вод, за расчетный приходится принимать поверхность земли.
При установлении расчетного уровня на основании визуальных признаков следует также иметь в виду разработанный ВСЕГИНГЕО прогноз многолетних колебаний уровня грунтовых вод, основывающийся на связи этого явления с одиннадцатилетней периодичностью изменения солнечной активности. В соответствии с этим прогнозом в ближайшее время ожидается существенный подъем уровня грунтовых вод, максимальное положение которого предполагается в 1966 - 1972 гг.
11. Одним из важных признаков характера увлажнения местности является почвенный покров.
Каждой естественноисторической зоне соответствует свой зональный тип почв, который развивается в нормальных для данной зоны условиях увлажнения*). Так, зональными почвами лесной зоны (II дорожно-климатической зоны) являются подзолистые почвы, для лесостепной (III дорожно-климатической зоны) - серые лесные почвы и степной (IV дорожно-климатической зоны) - черноземы. Все зональные почвы характеризуют I-й тип местности по степени увлажнения. Если же почвы получают увлажнение сверх нормального, за счет подземных или поверхностных вод, то характер почв меняется.
*) Под нормальными условиями увлажнения понимаются такие, при которых влага поступает в почву только за счет атмосферных осадков в количестве, не превышающем их сумму, характерную для климата данной местности.
Признаками длительного увлажнения сверх нормального являются оглеение и оторфянение почвы, наблюдающиеся главным образом во II дорожно-климатической зоне. Оглеение - это сложный физико-химический процесс, вызванный длительным избытком влаги при затрудненном доступе кислорода воздуха, в результате чего происходит образование закисных соединений железа, которые окрашивают почву в характерные зеленовато-голубоватые сизые цвета. Обычно оглеение наблюдается только в связных грунтах; в песках признаками избыточного увлажнения служат ортзандовые прослойки.
Следует различать, за счет какой воды образовалось оглеение. При увлажнении поверхностными водами отдельные пятна оглеения наблюдаются в горизонте А2, а при увлажнении грунтовыми водами - в горизонте В, причем верхние горизонты А сохраняют в этом случае все признаки подзолистых почв.
Торфяные прослойки обычно образуются в горизонте А0 - А1 и служат признаком избыточного увлажнения поверхностными водами.
По внешнему виду оглеение представляет собой отдельные обычно вытянутые пятна различной величины, карманы, потёки сизовато-зеленовато-голубоватого цвета. В болотных почвах грунтового заболачивания в иллювиальном горизонте образуется сплошной слой глея. Иногда встречаются ржавые пятна и потёки.
Оглеение и ржавые пятна следует считать признаками длительного стояния подземных вод. Поэтому верхнюю границу оглеения рекомендуется принимать за многолетнее максимальное их положение.
При болотных почвах грунтового заболачивания за расчетный уровень грунтовых вод принимается поверхность земли.
В III и IV дорожно-климатических зонах показателем избыточного увлажнения грунтовыми водами являются солончаки.
Почвы, в водном режиме которых принимают участие подземные воды, обычно встречаются на плохо дренированных равнинах, в пониженных местах, западинах, котловинах, нижних частях склонов.
12. Максимальное положение уровня подземных вод можно установить по характеру растительных сообществ при наличии соответствующих справочников-определителей [3]. Обычно в таких справочниках глубина залегания подземных вод дается в виде пределов (от и до). С учетом имеющегося прогноза о повышении уровня в ближайшие годы при установлении максимального уровня по характеру растительных сообществ рекомендуется ориентироваться на наименьшие приводимые в справочнике расстояния от поверхности земли.
Для установления максимального уровня подземных вод существенное значение имеют сведения, собираемые у местного населения, о максимальном уровне воды в питьевых колодцах. Обычно на срубах колодцев имеются следы максимального стояния уровня. Следует выяснить также, появляются ли грунтовые воды в погребах и подвалах.
13. После визуального установления наивысшего уровня грунтовых вод определяют расчетный уровень.
По карте районирования СССР (рис. 1) устанавливают зону питания. Затем по типовому графику годового цикла колебания уровня грунтовых вод для соответствующей зоны (рис. 2)*) находят разницу между уровнем, замеренным на трассе, и соответствующим ему по времени уровнем на графике.
*) Графики составлены для наиболее часто встречающихся глубин залегания уровня подземных вод 1 - 3 м.
Прибавляя или отнимая эту величину от расчетного уровня на графике, получают условную глубину H' залегания грунтовых вод на трассе перед промерзанием. По этой глубине и характеру грунтов устанавливают величину поправки, на которую нужно уменьшить максимальный уровень, определенный визуально, чтобы получить его расчетное положение. При условной глубине уровня H' менее 1 м, независимо от характера грунтов и условий питания, а также в зоне обильного и скудного питания, при связных грунтах, когда H' до 3 м, за расчетный уровень принимают его максимальное положение. В зоне умеренного питания при H' от 1 до 3 м расчетный уровень принимается ниже максимального:
в связных грунтах - на 1,5 м;
в несвязных - на 1 м;
в зоне обильного питания в несвязных грунтах - на 0,5 м.
