Проверка на морозоустойчивость дорожной конструкции при условии z/h > 1

Толщину слоев z₁ из стабильных материалов, необходимую для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции, при z/H > 1,0 определяют следующим образом. Для заданного вида грунта и типа местности по характеру увлажнения назначают группу грунта по степени пучинистости при замерзании (табл. 30). Затем по точке пересечения кривой (рис. 22) для данного вида грунта с ограничительной прямой соответствующей принятому типу покрытия, находят необходимую толщину z_1cp слоев стабильных материалов для средних условий. Средние условия характеризуются параметрами: глубина промерзания z = 1,5 м, грунтовые воды выходят на поверхность, т.е. H = 0, а К_упл = 0,98¸1,0 и W = 0,6 W_т. При других исходных данных требуемых по условию обеспечения морозоустойчивости общую толщину z₁ дорожной одежды определяют с учетом ряда факторов, влияющих на морозное пучение грунта:

z₁ = z_1срК_угвК_плК_нагрК_стК_в, (27)

где К_угв - коэффициент, учитывающий глубину залегания УГВ (см. рис. 19);

z_1ср - средняя толщина слоев из стабильных материалов;

К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта (табл. 31);

К_нагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (см. рис. 18);

К_ст - коэффициент, учитывающий влияние структуры грунта естественного сложения (для песка равен 1,0; супесей - 1,1; суглинка - 1,2; глины - 1,3);

К_в - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта.

Таблица 30

Пучинистость грунта	Характеристика грунта	Тип местности по характеру увлажнения грунта	Среднее относительное морозное пучение l пуч при глубине промерзания 1,5 м, %	Группа грунта по степени пучинистости
Непучинистый	Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %	2-3	Менее 1*	I
	Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 1,5 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %		Менее 1*	I
Слабопучинистый	Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %	2-3	1-2*	II
	Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая и легкая крупная		1-2*	II
	Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая крупная	2-3	2-4	III
	Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок легкий, тяжелый, тяжелый пылеватый, глины		2-4	III
Пучинистый	Супесь легкая, суглинки легкие и тяжелые, глины	2-3	4-7	IV
	Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый		4-7	IV
Очень пучинистый	Песок пылеватый, супеси пылеватые, суглинок тяжелый пылеватый	2-3	7-10	V
Чрезмерно пучинистый	Супесь тяжелая пылеватая суглинок легкий пылеватый	2-3	10-15 и более	VI

* Относительное пучение щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании более 15 % частиц размером мельче 0,05 мм ориентировочно может быть принято как для пылеватого песка, но с проверкой данных в лаборатории.

Рис. 22. Номограммы для определения требуемой (по условию обеспечения морозоустойчивости) толщины дорожной одежды с морозозащитным слоем из песка:

II-VI - кривые групп грунтов по степени пучинистости (см. табл. 30); 1¸4 - линии, ограничивающие морозное поднятие покрытий различной капитальности (см. п. 4.18); z - глубина промерзания; z₁ - требуемая толщина стабильных слоев

Относительная влажность грунта

(W/Wт)	0,6	0,7	0,8	0,9
Коэффициент Кв	1,0	1,1	1,2	1,3

При глубине промерзания более 2,0 м рассчитывают то же по номограмме (см. рис. 22) для z = 2,0 м и установленное значение z₁ увеличивают на 8 % при глубине промерзания 2,5 м и на 12 % - при глубине 3,0 м.

При расчете общей толщины дорожной одежды по условию ее морозоустойчивости для дорог в городских условиях на участках с обеспеченным водоотводом поверхностных вод, с дренажными устройствами в установленную величину z₁ вводят коэффициент 0,8. Найденная [см. рис. 22 или формулу (27)] толщина дорожной одежды обеспечивает морозоустойчивость конструкции; при этом имеется в виду, что нижний слой основания, выполняющий функции морозозащитного слоя, устроен из песка или гравийно-песчаной смеси.

Таблица 31

Коэффициент уплощения грунта Купл	Коэффициент Кпл для грунтов	Коэффициент уплощения грунта Купл	Коэффициент Кпл для грунтов
Глина, суглинок, супесь легкая и пылеватая, песок пылеватый	Супесь легкая, крупная, песок непылеватый	Глина, суглинок, супесь легкая и пылеватая, песок пылеватый	Супесь легкая, крупная, песок непылеватый
1,01-1,03	0,8	1,0	0,94-0,90	1,3	1,2
1,00-0,98	1,0	1,0	Менее 0,90	1,5	1,3
0,97-0,95	1,2	1,1

Если морозозащитный слой устраивают из монолитного материала (грунт, укрепленный неорганическими или комплексными вяжущими), жесткость которого снижает неравномерность зимнего поднятия покрытия, то толщину морозозащитного слоя принимают на 30-50 % меньшей, чем расчетный слой из песка. Если же морозозащитный слой устраивают из материалов, существенно отличающихся от песка по теплофизическим свойствам (зологрунт, шлак, грунт, укрепленный органическими вяжущими и др.), то толщина h¢ такого слоя выражается через толщину h_пес слоя песка (гравийно-песчаной смеси)

, (28)

где a -поправочный коэффициент, равный 1,0 - для песка, 0,95 - для материалов при l¢ = до 1,2 Вт/м×К и 0,90 - для материалов при l¢ = 1,2¸0,6 Вт/м×К);

l¢, l_пес - коэффициенты теплопроводности соответственно материала морозозащитного слоя и песка.

Для существующей дорожной конструкции возможное поднятие поверхности покрытия, т.е. деформация морозного пучения

l _пуч = l _пуч.срК_угвК_плК_стК_вК_нагр, (29)

где l _пуч.ср - расчетное морозное поднятие средних условий, определяемое по данным табл. 30 и графику (рис. 22) при известной толщине морозозащитного слоя.

Пример 1. Необходимо определить общую толщину дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием по условию морозоустойчивости при следующих исходных данных. Местность 3-го типа по условиям увлажнения, грунт - суглинок тяжелый пылеватый, толщина дорожной одежды по условию прочности - 0,6 м, расстояние от поверхности проектируемого покрытия до уровня грунтовых вод 1,0 м, глубина промерзания 1,5 м, коэффициент уплотнения грунта К_упл = 0,96, влажность грунта 0,8 W_т.

Согласно классификации грунтов по степени пучинистости (см. табл. 30), данный грунт в условиях 3-го типа местности относится к группе V. По графику (см. рис. 22) установили, что z_1cp = 1,0 м; по рис. 19 нашли К_угв = 0,75; по табл. 31 - К_пл = 1,2; по рис. 18 К_нагр = 1,0; К_ст = 1,0 и по примечанию к формуле (27) К_в = 1,2; отсюда z₁ = 1,0×0,75×1,2×1,2 = 1,1 м.

Для уменьшения толщины z₁ дорожной одежды, требуемой по условию обеспечения морозоустойчивости, можно предусмотреть следующие мероприятия:

а) очень пучинистый грунт верхней части земляного полотна заменить менее пучинистым, например, супесью легкой (IV группа по степени пучинистости) и уплотнить ее до К_упл = 1,0. Тогда K_пл = 1,0 и z₁ = 0,8×0,65×1,1×1,2 = 0,70 м;

б) понизить уровень грунтовых вод, например, до Н = 2,5 м. В этом случае для суглинка тяжелого К_угв = 0,55 (см. рис. 19)

z₁ = 1,0×0,55×1,2×1,2 = 0,8 м.

Пример 2. В условиях, аналогичных приведенным в примере 1, требуется оценить деформацию морозного поднятия покрытия, если толщина дорожной одежды составляет 0,6 м.

По графику (рис. 22) для данного грунта (V группа по степени пучинистости) l _пуч.ср = 0,08 м. Значения коэффициентов такие же, как и в примере 1. Тогда искомая деформация морозного пучения составит:

l _пуч. = 0,08×0,75×1,2×1,2 = 0,09 м.

Полученное морозное пучение значительно превышает допустимое, равное 4 см. Следовательно, можно ожидать разрушения покрытия.

ПРИЛОЖЕНИЕ 8