Строительство и архитектура/ 3. Современные технологии строительства,

реконструкции и реставрации

Қасымов А.Е¹., Телтаев Б.Б²., Касымова Ж.М.³

¹Восточно - Казахстанский Государственный технический университет

им.Д. Серикбаева, г.Усть-Каменогорск

²Казахстанский дорожный научно-исследовательский институт г.Алматы

³Управление комитета по работе с несостоятельными

должниками МФ РК по ВКО

К ВОПРОСУ ОБ ВЛАЖНОСТНОМ РЕЖИМЕ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИИ В РАЗНЫХ РЕГИОНАХ КАЗАХСТАНА

Данные исследований позволяют предложить следующую общую схему круглогодичного цикла водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог. Для районов с сезонным промерзанием круглогодичный цикл состоит из четырех взаимообусловленных периодов изменения влажности: 1) первоначального накопления влаги (осеннего); 2) интенсивного перемещения и накопления влаги при промерзании земляного полотна; 3) максимального влагонасыщения при оттаивании грунта; 4) просыхания. Все периоды увлажнения составляют единый закономерный цикл передвижения влаги в грунтах полотна в результате воздействия на него природных факторов окружающей среды.

Сроки наступления периодов увлажнения зависят от погодных условий и могут смещаться в ту или другую сторону. Наличие четырех периодов увлажнения характерно для II—V климатических зон. Однако для каждой климатической зоны имеется характерный только для нее водно-тепловой режим местности и земляного полотна, особенно в части величин и распределения влажности в грунтах. Отличие водно-теплового режима земляного полотна от водно-теплового режима прилегающей местности обусловливается рядом факторов и прежде всего конструкцией земляного полотна и дорожной одежды. Это отличие различно в разных зонах.

Климат в первую очередь оказывает влияние на продолжительность указанных периодов и поэтому одни периоды могут удлиняться или сокращаться за счет других. Так, по направлению с севера на юг уменьшается продолжительность периода промерзания, интенсивного перемещения и накопления влаги и увеличивается период просыхания.

Первоначальное накопление влаги в грунтах земляного полотна после летнего просыхания начинается с переходом средних суточных температур воздуха через +3— +5°С. К этому времени происходит смена направления теплового потока в грунтах. При летнем просыхании грунтов тепловой поток направлен сверху вниз. Осенью, как правило, уменьшается интенсивность, но увеличивается продолжительность выпадения осадков, уменьшается дефицит влажности воздуха, а следовательно, и испарение, начинается подъем грунтовых вод.

Основным источником увлажнения в период первоначального осеннего накопления являются атмосферные осадки и водяные пары. Количество влаги, поступающей в грунт, закономерно уменьшается по направлению с севера на юг. Границы зон, отличающиеся по степени осеннего влагонакопления, примерно соответствуют границам почвенных и ландшафтных зон.

Наблюдения на дорогах и опытных станциях показали, что приток влаги сверху за период первоначального накопления определяется не только суммой выпавших осадков, но и интенсивностью и продолжительностью выпадения их, а также температурой и дефицитом влажности воздуха. Осенью при необеспеченном водоотводе возможен приток влаги в земляное полотно за счет скопления поверхностных вод у подошвы насыпи.

За конец периода первоначального накопления влаги можно принимать начало устойчивого промерзания грунтов. Для районов с сезонным промерзанием грунтов это примерно соответствует установлению среднесуточных температур воздуха ниже —5° С.

Зимнее накопление влаги в грунтах происходит путем перемещения ее по направлению теплового потока снизу и с боков, от более теплых мест к более холодным, за счет перераспределения внутренних запасов влаги и миграции ее от уровня подземных вод.

При неглубоком от поверхности земли залегании подземных вод интенсивность зимнего влагонакопления особенно возрастает, когда фронт промерзания достигает капиллярной каймы. Благодаря гидравлической связи капиллярной каймы с подземными водами влага, переместившаяся в мерзлую зону, немедленно восполняется. Чем глубже входит промерзание в капиллярную кайму, особенно в ее нижнюю часть, где большая часть влаги находится в свободном состоянии, тем больше зимнее влагонакопление. Величина зимнего влагонакопления зависит в основном от климатических условий района и метеорологических условий года.

Одновременно с накоплением влаги происходит морозное пучение грунтов, сопровождающееся их разуплотнением. Максимальная величина общего пучения в большинстве случаев определяется в основном величиной общего зимнего влагонакопления.

На интенсивность зимнего влагонакопления и пучения, помимо скорости промерзания грунта, влияет также скорость миграции воды, зависящая от рода грунта, степени его уплотнения и от условий подтока влаги, в частности, от наличия грунтовой воды. Наиболее опасны пылеватые грунты, у которых большая поверхностная энергия сочетается с малым сопротивлением подъему воды в порах, вследствие этого скорость подтока воды в зону пучения велика и образование ледяных линз в грунте идет интенсивно.

Скорость промерзания грунтов закономерно увеличивается с запада на восток, поэтому зимнее влагонакопление и пучение в западной части одной и той же климатической зоны значительно больше, чем в восточной.

За характеристику степени пучинообразования может быть принят коэффициент пучения К_п, представляющий собой отношение величины поднятия грунта h, к глубине его промерзания z

К_п = l/z

При благоприятных грунтово-гидрологических условиях значение коэффициента пучения обычно составляет 2—3%, при неблагоприятных условиях (например, третий тип увлажнения местности на северо-западе, пылевато-суглинистые грунты) значение коэффициента пучения может достигнуть 15%.

Третий период — оттаивания и максимального влагонасыщения начинается с установлением в верхних слоях грунта устойчивых положительных температур и продолжается до полного оттаивания грунта. Началу оттаивания предшествует повышение температуры мерзлых грунтов и перемена направления теплового потока.

Вода, освобождающаяся при оттаивании ледяных линз в мерзлых грунтах, насыщает разуплотненный в результате пучения грунт, вследствие чего резко снижается его устойчивость. К запасам влаги, накопленным за зиму, в процессе оттаивания добавляется частично влага от атмосферных осадков и тающего снега. Однако в период оттаивания величина впитывания при прочих равных условиях меньше, чем осенью, так как осадки выпадают с большей интенсивностью и значительная часть их стекает.

При неглубоком от поверхности земли залегании грунтовых вод и значительном зимнем влагонакоплении подземные воды могут препятствовать просачиванию вниз влаги, освободившейся при оттаивании мерзлых грунтов, и тем самым способствовать переувлажнению только что оттаявших грунтов. Исследованиями установлено, что по мере таяния льда в грунте часть высвобождающейся влаги идет на гидратацию обезвоженных при промерзании частиц (до 15% от веса скелета грунта), часть воды остается в оттаявшем грунте в капиллярах и замкнутых пустотах, образующихся на месте ледяных линз. Остальная часть свободной воды по мере оттаивания опускается вниз, а часть под действием напорных сил поднимается к поверхности и поступает в дренирующий слой.

Характеристикой переувлажнения грунта может считаться мощность слоя с пониженной несущей способностью и длительность периода ослабленного состояния верхней части земляного полотна.

Литература:

1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд.

И.А. Золотыря., Н.А. Пузакова., В.М. Сиденко. Москва 1971г.