*) Исследования выполнены В.И. Рувинским.
**) Под показателем интенсивности впитывания имеется в виду отношение количества влаги, проникающей в единицу времени (мм/мин) в данный грунт, к количеству проникающей влаги в грунт, принятый за эталон. В данном случае за эталон принята мелкая супесь с объемным весом скелета 1,80 г/см3 и весовой влажностью 10 %. Показатель интенсивности впитывания (С) рассчитывается по формуле (7) - см. п. 27.
IV. ОСУШЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ
23. Специальные мероприятия по осушению необходимы в случаях, когда количество воды, поступающей в основание проезжей части в отдельные периоды, больше, чем может разместиться в порах конструктивных слоев одежды и подстилающего грунта без снижения их способности сопротивляться нагрузкам от движущихся автомобилей. Как правило, мероприятия по осушению следует предусматривать:
1) на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов во всех случаях, когда можно ожидать в отдельные периоды года увлажнения грунта до полной влагоемкости (при близком залегании подземных вод на длительно подтапливаемых участках и т.д.);
2) в районах с большим количеством осадков на участках, где возможно скопление в основании проезжай части воды, проникающей с поверхности (участки с затяжными продольными уклонами, при сравнительно легко водопроницаемых покрытиях и грунтах обочин, участки, прилегающие к газонам, и т.д.).
Таблица 5
Необходимая толщина слоев из стабильных материалов в условиях 2-го типа увлажнения местности
|
Грунты земляного полотна |
Климатическая зона |
Общая толщина слоев из стабильных материалов (включая одежду), см |
|
|
|
|
цементобетонное покрытие |
асфальтобетонное покрытие |
|
Суглинки пылеватые и супеси пылеватые |
II |
90 |
60 |
|
|
III |
80 |
50 |
|
Суглинки и супеси (непылеватые) и пылеватые пески |
II |
70 |
*) |
|
|
III |
55 |
*) |
Примечания: 1. Для одежд с усовершенствованными облегченными покрытиями, а также в случаях, помеченных в таблице знаком *), толщина дорожной одежды, определяемая расчетом на прочность, обеспечивает и необходимую морозоустойчивость дорожной конструкции.
2. Толщины в табл. 5 даны для материалов морозозащитных слоев с коэффициентом пучения, не превышающим 1 % (приложение 1 к [2]). На дорогах с асфальтобетонными, а также с усовершенствованными облегченными покрытиями могут быть использованы материалы с более высоким коэффициентом пучения (но не белее 3 %). В этих случаях к толщинам стабильных слоев, приведенным в таблице, следует добавлять 10 см на каждый процент коэффициента пучения материала сверх 1 %.
Таблица 6
Наименьшее расстояние от края проезжей части до уреза воды
|
Показатель интенсивности впитывания грунтов земляного полотна или естественного основания насыпи С |
Наименьшее расстояние края проезжей части до бровки бермы или уреза воды, м |
|
до 0,5 |
3,5 |
|
до 1,0 |
5,0 |
|
до 1,5 |
|
Примечание. Приводимые расстояния даны для западных районов II и III климатических зон; в восточных районах они могут быть уменьшены на 1,0 м.
Осушение конструкции осуществляется обычно путем укладки в основание проезжей части дренирующего слоя из фильтрующих материалов с обеспечением выпуска из него воды.
Толщину дренирующего слоя и необходимый коэффициент фильтрации дренирующего материала устанавливают расчетом в зависимости от количества поступающей в основание воды, способа отвода ее и других факторов.
24. Дренирующие слои в основании проезжей части устраивают из песка, гравия, шлака и других фильтрующих мастных материалов.
Необходимый в каждом отдельном случае коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя устанавливается расчетом. Однако не следует применять материалы, коэффициент фильтрации которых в уплотненном состоянии менее 1 м/сутки.
В районах II и III климатических зон материалы для дренирующего слоя должны быть морозоустойчивыми. Кроме того, к материалам предъявляются требования в отношении прочности, так как дренирующие слои, как и другие элементы конструкции, воспринимают напряжения от временных нагрузок и участвуют в передаче и распределении их на подстилающий грунт.
25. Из дренирующего слоя обеспечивается надежный отвод воды. Для этого укладывают сплошной слой из фильтрующего материала под обочинами, либо устраивают продольные или поперечине дрены. Конструкции устройства для отвода из дренирующего слоя в различных случаях приводятся в «Методических указаниях» [2].
26. Проектирование мероприятий по осушению ведется в следующем порядке:
- разбивают дорогу на участки с учетом характера продольного профиля, погодно-климатических, грунтово-гидрогеологических условий, особенностей конструкции одежды и обеспеченности материалами для дренирующего слоя; на каждом участке намечают расчетное сечение, где количество поступающей в основание воды достигает максимальной величины;
- определяют количество воды, поступающей в основание проезжей части за сутки в расчетный период;
- рассчитывают необходимую толщину дренирующего слоя, при которой в данных условиях обеспечивается размещение и своевременный отвод поступающей в основание воды.
Если материалы для дренирующего слоя обладают различными коэффициентами фильтрации, а также в случаях, когда могут быть запроектированы устройства разных типов для отвода воды из дренирующего слоя, разрабатывают несколько вариантов и на основании технико-экономического сравнения выбирают наиболее рациональный.
27. Дренирующий слой рассчитывается в соответствии с «Методическими указаниями» [2], но с учетом следующих изменений:
1. При определении количества воды, проникающей в основание проезжей части с поверхности дороги (qs), можно пользоваться табл. 7, где эти величины приводятся в зависимости от количества выпадающих осадков, их продолжительности и показателя интенсивности впитывания C*).
*) Таблица 7 и формула (7) предложены В.И. Рувинским.
Таблица 7
Количество воды от атмосферных осадков q3, поступающее в основание проезжей части
|
Произведение средней многолетней суммы осадков на их продолжительность за первый весенний месяц, мм · час |
Показатель интенсивности впитывания, С |
q3 м3/сутки на 1 пог. м дороги при двухполосной проезжей части |
|
1000 - 2000 |
0,6 и более |
0,010 |
|
|
0,4 |
0,005 |
|
2000 - 3000 |
0,8 и более |
0,020 |
|
|
0,6 |
0,015 |
|
|
0,4 |
0,010 |
|
|
0,2 |
0,005 |
|
3000 - 4000 |
0,8 и более |
0,035 |
|
|
0,6 |
0,030 |
|
|
0,4 |
0,020 |
|
|
0,2 |
0,010 |
|
4000 - 5000 |
0,8 и более |
0,050 |
|
|
0,6 |
0,045 |
|
|
0,4 |
0,035 |
|
|
0,2 |
0,020 |
|
|
0,1 |
0,005 |
Показатель интенсивности впитывания определяют по формуле
(7),
где K - коэффициент фильтрации грунта, м/сутки, определяемый в лаборатории на приборе Ф-1м;
Wт - влажность грунта, соответствующая границе текучести, %;
Wопт. - оптимальная влажность грунта, %;
Wп.в. - полная влагоемкость, %, определяемая по пробе грунта, подвергавшейся испытанию на фильтрацию.
Ориентировочные значения С можно получить также по графику рис. 6 в зависимости от плотности и оптимальной влажности грунта.
Общее количество воды, поступающей за сутки на 1 пог. м дороги в основание проезжей части на участках с однообразными продольными уклонами, определяют в соответствии с «Указаниями» [2] по формуле
q = q1 + q2 + q3, м3 (8)
где q1 - количество воды, освобождающееся при оттаивании переувлажненного грунта под проезжей частью;
q2 - то же, при оттаивании грунта под обочинами;
q3 - количество воды, проникающее с поверхности дороги в основание от атмосферных осадков.
При вогнутых переломах продольного профиля количество воды, поступающей за сутки в основание, может быть определено по формуле
qвогн. = qK', м3/пог. м, (9)
где K' - коэффициент, учитывающий накопление воды у перелома продольного профиля.
Рис. 6. График для определения показателя интенсивности впитывания:
----- легкая супесь; --·-- тяжелый пылеватый суглинок.
Цифры на кривых - объемный вес скелета грунта, г/см3
Величину коэффициента K' находит по номограмме рис. 7 в зависимости от отношений (кривые на номограмме) и (горизонтальная ось), где Kф - коэффициент фильтрации уплотненного до стандартной плотности материала дренирующего слоя, м/сутки; n - пористость материала в долях единицы; i1 и i2 - продольные уклоны участков выше и ниже перелома продольного профиля*).
*) Номограмма (рис. 7) построена для продольных уклонов одинакового направления.
2. Опыт проектирования показал, что толщина дренирующего слоя из материала с коэффициентом фильтрации Kф ≤ 4 м/сутки, удовлетворяющая требованию своевременного отвода воды обеспечивает и временное размещение воды в период, когда водоотводящие устройства не работают; толщина дренирующего слоя из материала с Kф > 4 м/сутки, рассчитанная по условию временного размещения воды, обычно обеспечивает отвод воды после оттаивания дрен. Поэтому расчет толщины дренирующего слоя ведется в зависимости от величины Kф.
а) При использовании материал с Kф ≤ 4 м/сутки расчет следует вести с помощью номограммы рис. 8 на своевременный отвод воды, поступающей за сутки.
Рис. 7. Номограмма для расчета коэффициента накопления воды в дренирующем слое в местах вогнутых переломов продольного профиля
Рис. 8. Номограмма для расчета дренирующего слоя:
а - мелкий песок; б - песок средней крупности; в - крупный песок.
Сначала определяют отношение q'/Kф, где q' = 0,5q, найденного по формуле (8), или q' = 0,5qвогн., найденного по формуле (9), - при двухскатном поперечном профиле проезжей части и q' = q (или q' = qвогн.) - при односкатном. Затем для данного отношения q'/Kф (вертикальная ось) с учетом поперечного уклона грунтового основания i (кривые на номограмме) определяют толщину слоя дренирующего материала, полностью насыщенного водой hнас (горизонтальная ось).
Номограмма построена для пути фильтрации воды в дренирующем слое L = 3,5 ÷ 3,75. Это соответствует случаю, когда приемная часть дрен находится у краев двухскатной проезжей части шириной 7,0 - 7,5 м. При иной ширине проезжей части, а также при устройстве склонного дренирующего слоя под обочинами, когда путь фильтрации равен L1, величину h'нас находят из равенства м, где hнас определяют по номограмме рис. 8.
Полная толщина дренирующего слоя должна составлять:
hп = hнас + hзап,
где hзап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала, может быть принята равной 0,1 м для крупнозернистых материалов и 0,15 м - для песков средней крупности и мелких.
б) При достаточно высоких фильтрационных свойствах материалы (Kф > 4,0 м/сутки) полную толщину дренирующего слоя, исходя из необходимости обеспечить временное размещение воды, находят из выражения
hп = hнас + hзап = (10)
где φзим. - коэффициент заполнения пор в материале дренирующего слоя зимней влагой к моменту начала оттаивания, принимается по табл. 8;
Q - количество накопившейся воды в дренирующем слое за время запаздывания (tзап.) начала работы дрен, в м3 на 1 пог. м.
Q = qtзап. или Qвогн. = qвогн.tзап. (11)
Время запаздывания (tзап.) в условиях II климатической зоны составляет 4 - 6 суток, в условиях III климатической зоны - 3 - 4 суток (большие значения - для мелких песков); при крупнопористых материалах (крупные одномерные пески, незаполненный гравий и т.п.) и трубчатых дренах tзап. = 0.
n - пористость материала в долях единицы;
hк.зап. - приведенная высота капиллярной зоны в слое запаса над уровнем свободной воды (hзап), принимаемая для крупных песков - 0,06 м, для песков средней крупности и мелких - 0,11 м.
Таблица 8
Значения коэффициента заполнения пор φзим.
|
Толщина |
Пористость материала в долях единицы |
||||
|
|
0,40 |
0,36 |
0,32 |
0,28 |
|
|
|
|
Значения коэффициента φзим. |
|||
|
до 20 |
0,42 |
0,50 |
0,59 |
0,71 |
|
|
20 - 40 |
0,36 |
0,42 |
0,51 |
0,60 |
|
|
Более 40 |
0,32 |
0,37 |
0,45 |
0,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Данные приведены для II климатической зоны, в III климатической зоне величину φзим. можно принимать равной 0,8 от указанных в таблице значений.
