Строительство и архитектура/ 3. Современные технологии строительства,

 реконструкции и реставрации

 

Телтаев Б.Б1, Қасымов А.Е2

1“КАЗДОРНИИ” Казахстанский дорожный научно-исследовательский институт, г. Алматы

2Восточно - Казахстанский Государственный технический университет

им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск

 

Экспериментальные полевые  обследования на водно-теплового режима земляного полотна

Юго-Восточного Казахстана

 

 В Восточном Казахстане большая густота сети автомобильных дорог по   сравнению с другими районами Казахстана.

Между тем, Восточный Казахстан в дорожном отношении до сих пор почти не исследован. Не исследованы особенности водно-теплового режима грунтов, прочность, морозоустойчивость, закономерности грузообразования, роста интенсивности движения и т.д.   Проектирование и реконструкция дорог по существующей методике без учета фактических данных о службе дорог, уточненных расчетных параметров, как показывает практика, приводит к существенным ошибкам, особенно в таких сложных природных условиях, как в Восточном Казахстане.

Поэтому очень важное значение имеет организация систематических и длительных наблюдений за службой дорог в различных природных зонах Восточного Казахстана.

В Советское время в Восточном Казахстане проводили отрывочные эпизодические наблюдения за состоянием автомобильных дорог с учетом местности и климатических условий, проведенные Казахским Филиалом СоюздорНИИ в 1964-1966 гг. (Ивлев Н.П.) и МАДИ в 1969-1971 гг., по сути являвшимися первыми попытками в этом важном деле, позволявшими на том этапе времени составить первое, пусть и  не полное представление о работе дорожных конструкций в условиях Восточного Казахстана.

Последние упоминания об исследовании водно-теплового режима автомобильных дорог Восточного-Казахстана и разделении его на климатические зоны были сделаны в 2004 - 2006 гг. Одно из этих исследований проведено Сакановым Д.К. под руководством д.т.н., проф. Телтаева Б.Б. и носит достаточно фундаментальный характер. Но в этой же работе во втором разделе представлено территориальное расположение экспериментальных участков и постов наблюдений, на которых проводилось изучение температурного режима дорожных конструкций и выясняется, что все они, за исключением одного, расположены в окрестностях города Алматы. А климат города Алматы, состояние дорог и их расположение значительно отличаются от состояния дорог Восточного Казахстана. Особенно разнится климат, поэтому при проведении исследований по разработке методов регулирования водно-теплового режима дорожных конструкций нами брались сведения с наблюдательных постов, расположенных в разных местах основных автомобильных дорог Восточного Казахстана. Именно эти сведения позволяют достаточно точно исследовать земляное полотно автомобильных дорог нашей области и сделать рекомендации по их надлежащей эксплуатации.

  Организация стационарных наблюдений

1.                                                                                                                                                         Стационарное наблюдение проводят с целью проверки правильности применяемых конструкций, способов производства работ, новых решений в области конструирование, расчета, эксплуатации сооружений, а также установление характера их взаимодействия с многолетнемерзлыми и сезонномерзлыми грунтами.

2.                                                                                                                                                                     Стационарное наблюдение проводят на специальных пунктах (постах), организуемых на опытных конструкциях, а также на характерных участках эксплуатируемых автомобильных дорог.

3.                                                                                                                                                         В программу наблюдений входит круглогодичное систематическое изучение:

1.1 теплового режима грунтов земляного полотна и естественного основания (температура, глубина и скорость промерзание и оттаивание);

1.2 водного режима грунтов земляного полотна и естественного основание (влажность, источника увлажнения);

1.3 пучение и осадки грунтов земляного полотна дорожных покрытий;

1.4 прочности и деформативности грунтов земляного полотна и естественного основания (модули деформации и упругости, сцепление и угол внутреннего трение);

1.5                                                                                                                                                                 метеорологические условий (температура воздуха, осадки ветер, время установление и схода снегового покрова, изменение его мощности и плотности в течение зимнего периода).

   4. Наблюдательные пункты (посты) оборудуют после подробного изучение климатических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности, конструктивных особенностей участка дороги  и составляют специальный паспорт.  

Выбор дорог и постов для обследования. 

    При выборе дорог имелось в виду охватить обследованиями характерные конструкции дорожных одежд, земляного полотна с учетом различных типов местности во всех основных природно-климатических зонах Восточного Казахстана, с учетом фактических возможностей выполнения работ. Этим требованиям удовлетворяли узлы дорог в районе с. Самарское и г. Усть-Каменогорска, связанные между собой дорогой Самарское – Усть-Каменогорск. На выбранных дорогах в течение 2003 – 2004гг. согласно программе работ проводились обследования и наблюдения  временных постах.

Общая методика работ

Обследования дорог проводились в основном в расчетные весенние периоды: в 2003 г. проведены обследования дорог и наблюдения на постах. Кроме того, летом и осенью с целью получения данных о предзимнем состоянии.

Перед началом инструментальных работ, каждый раз производился визуальный осмотр дорог проездом на машине со скоростью 30 – 40 км с записью их состояния. После таких осмотров составлялась общая оценка состояния дорог в целом, намечались характерные места с нарушенной поверхностью автомобильной дороги и водоотводу для детального обследования (испытания прочности, отбора проб на влажность, измерения толщин слоев, конструкции, оценке состояния местности, климата и т.д.).

Экспериментальное оборудование для наблюдения на постах.

После описания ситуации на выбранных поперечниках дорог, согласно методики КаздорНИИ, при помощи бура УГБ 50М вырабатывали шурфы: на полотне дороги (в 1,2 – 1,5 м от кромки), на обочине и в поле глубиной до верхней границы оттаивания грунта (на отдельных постах – до нижней границы, для установления глубины промерзания). В мерзлых слоях описывалась текстура наличия ледяных проселок или включений, характер и их размеры. При проведении повторных наблюдений на постах шурфы закладывались рядом со старыми на расстоянии 500 метров.

В шурфах производили измерения толщины конструктивных слоев одежды, по внешнему виду описывали состояние, качество, сцепление между слоями, отбирали в бюксы образцы их покрытия и основания для лабораторных исследований. В грунтовом основании, начиная от дна корыта, через каждые 20 см отбирали пробы грунта для определения плотности и влажности, определялась консистенция слоя по количеству ударов (ударником СоюздорНИИ и пенетрометром БелдорНИИ), измерялись температуры грунта, описывались грунты земляного полотна, устанавливались границы их разновидностей.

Плотность земляного полотна  контролировалась  одним из следующих способов:
1.  Объемно-весовой метод;

2.                Метод гидростатического взвешивания (прибор Ковалева);

3.                Пенетрационные методы контроля, основанные на фиксации сопротивления грунта проникновению рабочего органа прибора.

От плотности и прочности грунта земляного полотна зависит, в конечном итоге, прочность и надежность всей дорожной конструкции.

Плотность грунта вычисляется по следующей формуле:

, г/см3 ; где

γ – удельная масса минеральных твердых частиц

V – объем воздуха

W – массовая доля влажности.

Грунт является 3-х фазной системой и состоит из  твердых частиц;  нитратных пленок и  защепленного воздуха. От соотношения этих фаз зависят прочностные характеристики грунта земляного полотна.

Степень уплотнения грунта регламентируется для различных слоев насыпи и выражается через коэффициент уплотнения:

Определение уплотнения асфальтобетона и грунтов проводили различным оборудованием. В случаях  песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов, содержащих не более 25% твердых частиц крупнее 2 мм и
 песчаных мелкозернистых асфальтобетонных смесей использовался пенетрометр БелДорНИИ .

Литература:

1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд/ Н. Я. Пузаков, И. А. Золотарь, В. М. Сиденко и др. М.: Транспорт, 1971. 418 с.

4. Касымов А.Е. Картирование территории Восточного Казахстана по природно-климатическим зонам для исследования водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог//Материалы II ждународной научно-методической конференции   ВКГТУ. Зыряновск, 2007.