Страница 5: Предложения по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог (46560)

Увеличенная длина дренирующего слоя при вогнутых переломах профиля, определяется по номограмме рис. 8 или по формуле (10), с учетом qвогн. назначается на участке протяжением 20 - 30 м (меньшие значения для мелких песков) вниз по уклону от точки перелома продольного профиля. Далее толщину слоя следует постепенно уменьшать до сопряжения с участками, где дренирующий слой рассчитывается без учета продольного притока.

Когда толщина дренирующего слоя рассчитывается по изложенному методу, отпадает необходимость пользоваться номограммами [2, рис. 18 и 19, и п. 33 - 36].

Приложение 1

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОГО УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ПРИ ДОРОЖНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ

В год приведения изысканий 12 августа в северо-западной части II дорожно-климатической зоны на одном из участков трассы были обнаружены грунтовые воды в пылеватых супесях на глубине Нзим. = 2,02 м от поверхности земли. Требуется определить расчетный уровень грунтовых вод на данном участке с 5 %-ной обеспеченностью (вероятность 95 %).

1-й случай. Вблизи трассы в сходных природных условиях находится гидрогеологическая станция, на которой в течение n = 22 лет проводятся систематические наблюдения за изменением уровня грунтовых вод. В наблюдательной скважине уровень грунтовых вод 12/VIII года изысканий находился на глубине Нскваж.зим. = 2,81 м от поверхности земли.

Расчетный уровень грунтовых вод на трассе определяем по формуле (1) разд. II, п. 14:

где Нскваж.расч. - расчетный (перед промерзанием) уровень грунтовых вод в скважине.

Расчетный уровень в скважине определяем по формуле (2), разд. II, п. 14:

Нскваж.раcч. = Нскваж.ср. - tσ,

где Нскваж.ср. - средний уровень в скважине за декаду, в которую входит средняя многолетняя дата наступления среднесуточных температур воздуха -5 °С, за n лет наблюдений*);

*) Время наступления среднесуточных температур воздуха ниже -5° принято за начало промерзания грунта. Эти даты имеются в климатических справочниках.

σ - среднее квадратическое отклонение этой величины определяем по формуле (3)

где Нскваж.i - средний уровень грунтовых вод за декаду наступления среднесуточных температур воздуха ниже -5° в i-ый год;

n - число лет наблюдений;

t - нормированное отклонение Нскваж.i от Нскваж.ср. при заданной 5 %-ной обеспеченности; определяется по табл. 1 приложения 2.

Исходные данные и результаты расчета величин Нскваж.ср. и σ приведены в следующей таблице:

Таким образом, получаем:

Нскваж.расч. = 2,46 - 2,08 · 0,47 = 1,48 м,

откуда

Нрасч. = 0,72 · 1,48 = 1,07 м.

Так может быть установлен расчетный уровень грунтовых вод при наличии ряда наблюдений за 10 лет и выше. При меньшем ряде наблюдений установление расчетного уровня таким способом может привести к значительным ошибкам.

2-й случай. Вблизи трассы в населенном пункте имеется питьевой колодец. 12/VIII уровень воды в колодце находился на глубине 2,81 м от поверхности земли, а на трассе - на глубине 2,02 м. На срубе колодца на глубине 1,85 м от поверхности земли заметны следы, характеризующие наивысшее положение уровня.

Определяем расчетный (перед промерзанием) уровень грунтовых вод на трассе по формуле (1).

Для определения Нрасч. колодца наносим на типовой график для зоны обильного питания (рис. 2) положение уровня воды в колодце во время изысканий и находим разность между этим уровнем и положением кривой для 12/VIII (Δ ?? 2,81 - 2,0 = 0,81 м). Затем от точки, характеризующей расчетный уровень на типовом графике, откладываем вниз перпендикулярно к оси абсцисс величину Δ и находим, что уровень в колодце перед промерзанием соответствует глубине 2,3 м, т.е. интервалу глубин от 1,0 до 3,0 м. Для этого интервала поправка, уточняющая наивысший уровень воды в колодце перед промерзанием, не вводится.

В этом случае расчетный (перед промерзанием) уровень грунтовых вод равен:

Нрасч. = · 1,85= 1,33 м.

3 случай. При отсутствии вблизи трассы гидрогеологической станции и питьевых колодцев расчетный уровень грунтовых вод определяется визуально: по почвам, растительности, рельефу.

Характерным признаком длительного стояния грунтовых вод является оглеение почвы, верхнюю границу которого принимают за наивысший уровень.

Допустим, что на участке трассы, для которого определяют расчетный уровень, в шурфах на глубине 1,2 м от поверхности земли было обнаружено оглеение. Сравнивая замеренный на трассе уровень воды (см. 2-й случай) с уровнем на то же число и перед промерзанием на типовом графике (рис. 2), устанавливаем, что перед промерзанием уровень на трассе будет находиться в интервале глубин 1 - 3 м. В этом случае упомянутая выше поправка не вводится (см. п. 13), и за расчетный уровень принимаем верхнюю границу оглеения.

При наличии болотных почв грунтового заболачивания за расчетный уровень принимают поверхность земли.

Положение грунтовых вод можно определить и по характеру растительности; для этого требуются специальные справочники-определители [3].

Приложение 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ

1. При определении зимнего влагонакопления и величины пучения дорожной конструкции за расчетную принимают наибольшую вероятную глубину промерзания за период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

Когда не имеется данных о глубине промерзания в районе проектирования, приходится пользоваться картой нормативных глубин промерзания грунтов на территории СССР в СНиП II-А.6-62 [2, рис. 13]. В этом случае для получения расчетной глубины промерзания дорожной конструкции следует к значениям нормативных глубин, полученным по карте, добавлять для районов Европейской части СССР около 40 см и для Зауральской части - приблизительно 60 см.

2. При наличии данных наблюдений за глубиной промерзания грунта в течение нескольких лет или хотя бы за один год, а также данных о средней величине суммы градусо-суток отрицательной температуры воздуха за этот же период, расчетную глубину промерзания дорожной конструкции можно получить по формуле Лейбензона-Лукьянова

                                                                   (1)

где Zз - средняя глубина промерзания грунта за ряд лет (или хотя бы за один год) по данным непосредственных наблюдений;

θз - средняя за годы наблюдений над глубиной промерзания сумма градусо-суток с отрицательными температурами воздуха (холода);

θр - расчетная сумма градусо-суток холода;

γ = 1,2 - коэффициент перехода от глубины промерзания грунта, определенной на оголенном от снега и дерна участке, к глубине промерзания дорожной конструкции (введен авторами «Предложений»).

3. Расчетную сумму градусо-суток холода определяют статистически, на основании данных систематических наблюдений за температурой воздуха.

θр = θср. + tσ,                                                                        (2)

где θср.- средняя сумма градусо-суток холода за период наблюдений;

σ - среднее квадратическое отклонение (стандарт) этой величины;

t - нормированное отклонение сумм градусо-суток холода от средней θср. при принятой обеспеченности (вероятности).

Для дорог с усовершенствованными покрытиями, для которых период между капитальными ремонтами одежды равен приблизительно 20 годам, расчеты ведут с 5 %-ной обеспеченностью (95 %-ной вероятностью).

Среднее квадратическое отклонение определяют по формуле

                                                            (3)

где θi - сумма градусо-суток холода за i-ый год наблюдений;

n - число лет наблюдений.

Нормированное отклонение при 5 %-ной обеспеченности в зависимости от величины (n - 1) определяют по табл. 1*).

*) При иной заданной обеспеченности величины t могут быть взяты из книги [4, табл. VI, стр. 424].

Таблица 1

4. Пример расчета.

Проектируется дорога с усовершенствованным покрытием. Имеются данные о глубине промерзания грунта на оголенной поверхности (Zз = 140 см) и о сумме градусо-суток холода (Q = 1330) за 1962/63 г. Ближайшая метеостанция располагает данными о ежегодных суммах градусо-суток холода за период 20 лет - с 1944/45 по 1963/64 гг.

Расчетную глубину промерзания находят следующим образом.

а) Составляют таблицу для определения среднего квадратического отклонения:

*) Здесь и далее все значения θi и θср. разделены на 30 (во избежание действий с большими числами).

Например, θ1962/63 = 1330/30 = 44 градусо-суток.

В графу 2 вписывают календарные годы, для которых имеются данные наблюдений. Отсутствие наблюдений за отдельные годы, но не более 20 %, считают допустимым. В графу 3 вписывают соответствующие им суммы градусо-суток холода с округлением до 0,5. В итоге подсчитывается сумма (в этом примере Σθi =559).

Для получения отклонений (графа 4) предварительно вычисляется θср. по формуле , где  - итог графы 3. Таким образом, θср. = 559/20 = 28. Вычитают из каждого значения графы 3 величину θср. записывают в графу 4. Например: 23,0 - 28,0 = -5,0 (см. строку 1 таблицы) и т.д.

В итоге подсчитывают алгебраическую сумму отклонений, которая должна быть равна нулю. Некоторые расхождения объясняются округлением θср.

В графу 5 записывают возведенные в квадрат величины графы 4. В итоге подсчитывается сумма [Σ(θi - θср.)2 = 2418,4].

б) По формуле (3) вычисляют среднее квадратическое отклонение (стандарт):

в) При принятой 5 %-ной обеспеченности и (n - 1) = 19 находят по табл. 1 нормированное отклонение сумм градусо-суток холода от среднегодовой θср.. Оно равно t = 2,09.

г) Находят значение первого члена в формуле (2). Для этого можно было бы воспользоваться уже полученным в этом примере значением θср. = 28. Но, учитывая, что в Климатическом атласе СССР имеются данные о среднемесячных многолетних (за 50 - 70 лет) температурах воздуха, целесообразнее воспользоваться ими.

Для этого выписывают из атласа среднемесячные многолетние значения температур зимних месяцев.

Для нашего примера они равны:

ноябрь - (-1,0) °С

декабрь - (-5,5) °С

январь - (-3,0) °С

февраль - (-8,2) °С

март - (-5,0) °С

Итого (-29,7) °С.

Расчетная сумма градусо-суток холода по формуле (2) равна:

θр = θср. + tσ = 29,7 · 30 + 2,09 · 338,2 = 890 + 706 = 1596.

е) Расчетную глубину промерзания находят по формуле (1)

Zp = 1,2 · 140 = 1,2 · 140 · 1,097 = 185 см.

Приложение 3

РАСЧЁТ ОЖИДАЕМОГО ЗИМНЕГО ВСПУЧИВАНИЯ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ (метод, предложенный И.А. Золотарем)

1. Расчет ожидаемого зимнего вспучивания проезжей части (lпуч.) производится на основании следующей зависимости:

                              (1)

где h - глубина промерзания грунта земляного полотна, определяемая на основе теплотехнического расчета дорожной конструкции (см. ниже п. 4);

γт - объемный вес скелета талого грунта перед промерзанием;

Δ0 - объемный вес воды;

Wзимср. - средняя зимняя влажность грунта активной зоны, величина слоя Ha которой определяется в зависимости от категории дороги по табл. 1:

Таблица 1