УДК 625.711.
Строительство
и архитектура/1. Архитектурные решения объектов строительства и реконструкции
Қасымов А.Е,
Рамазанов Д.А, Қосбаев С.Ж.
Восточно-Казахстанский Государственный технический университет им.Д. Серикбаева, г.Усть-Камногорск
ВОДНЫЙ РЕЖИМ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВОСТОЧНОГО
КАЗАХСТАНА
Влияние сезонного
промерзания на устойчивость дорожных конструкций в условиях II-IV дорожно-климатических зон
хорошо известно и достаточно изучено. Исследованиями А.М.Каменева и других исследователями установлено, что
зимнее промерзание является основной причиной недостаточной прочности и устойчивости
земляного полотна и всей дорожной конструкции [1]. В Юго-Восточном Казахстане зимний период длится 3,5-4,5
месяца с суммой отрицательных температур от 600-700 до 1400-1500 градусо-суток
.
Отдельные авторы отмечали отрицательное влияние мороза на устойчивость
земляного полотна и дорожных одежд в указанных районах [2], однако специальных исследований, посвященных этому вопросу, до последнего времени не проводили.
Приведенные ниже результаты наблюдений и их анализ
являются первой попыткой
вскрыть региональные особенности режима промерзания
и его влияния
на зимнее влагонакопление
и пучение земляного полотна
в различных природно-климатических
зонах Восточного
Казахстана;
Для определения среднего значения климатических
параметров (средне месячная
температура и влажность воздуха, среднее за месяц количество осадков), крайние
значения климатических параметров (абсолютная минимальная и абсолютная
максимальная температура воздуха, суточный максимум осадков), температура
воздуха наиболее холодных суток и наиболее холодная пятидневка рассчитаны как
значение, соответствующее обеспеченности 0,98 и 0,92 из ранжированного ряда
температуры воздуха наиболее холодных суток, рассмотрим климотологию СНиП 2.04-01-2001 года[3].
Температура воздуха
наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки рассчитана как значение,
соответствующее обеспеченности 0,98 и 0,92 из ранжированного ряда температуры
воздуха наиболее холодных суток, были построена изолинии (рисунок 1). На
рисунке 2 изолинии продолжительностью, сут, и средняя температура воздуха. 0С0,
периода со средней суточной температурой воздуха
Заданные значения температуры
воздуха наиболее холодных суток (пятидневок) заданной обеспеченности
определялись методом интерполяции по интегральной кривой распределения
температуры наиболее холодных суток (пятидневок), построенной на вероятностной
сетчатке.
Рисунок
1 – Температура воздуха наиболее холодных суток, 0С обеспеченностью
0,98.
Рисунок
2- Изолинии продолжительностью, суток,
и средняя температура воздуха. 0С, периода со среднесуточной
температурой воздуха
Рисунок
3 - Изолинии Количества осадков за ноябрь-март
Глубина
промерзания зависит от продолжительности промерзания, типа, механического
состава и влажности грунтов, от толщины снежного покрова, теплофизических свойств. Из года в год их значения
существенно отклоняются от среднемноголетних. Например, по станции Урджар при
среднемноголетней глубине 50 см, за зиму 2003-2004 гг почва промерзла на 140 см
(при снеге 23 см), а 2004-2005гг – на 121 см (при снеге 36 см).
По
Восточному Казахстану продолжительность зимы составляет в среднем 150-170 дней
минимум на крайнем юге 132-139 дней (Бахты, Тансык), максимум – 188, 203 дня
(Орловский поселок, Маркаколь – замкнутая межгорная котловина).
По значениям
среднезимних температур по метеостанциям и длительности зимы составлена карта изолинии градусо-дней
мороза (рисунок 4). Из карты видно, что количество морозо-дней постепенно
возрастает с юга на запад от 1200 до
2800 гр/дней, за исключением Зайсанской котловины (2400) и отдельных горных
районов (Риддер, Катон-Карагай – по 1700). Однако, из-за малочисленности данных
и сложности рельефа, проводить четкие границы очень затруднительно. Поэтому они
должны уточняться по мере накопления фактических данных.
Рисунок
4 - Изолинии градусо-дней мороза Восточного Казахстанской Области
Детальное
картирование территории Восточного Казахстана по расчетным параметрам – глубине
и скорости промерзания, климатическому коэффициенту α встречает
затруднения, ввиду того, что очень мало метеостанций ведут наблюдения за
глубиной промерзания почвы (всего 14), на оголенных площадках наблюдения вообще
не ведутся, не имеется до сих пор сколько-нибудь систематических данных о
глубине промерзания на дорогах, кроме того, сложные гидрогеологические
особенности района не позволяют обобщать данные различных пунктов и т.д.
Однако,
используя карты глубин промерзания, составленные расчетными методами с
фактическими наблюдениями, можно получить приближенные значения α и zmax. По нашим расчетам для Восточного Казахстана коэффициент
α имеет значения от 140 до 250 см2/сутки, а скорости
промерзания 1-3 см/сутки при глубинах промерзания 170-300 см. Поскольку карты
составлены очень укрупнено (для всего Казахстана) и не учитывают местных
особенностей отдельных территорий (особенно горных) приведенные параметры могут
быть использованы для ориентировочных расчетов. Поэтому составлена изолиния для
проектирования морозоустойчивых дорожных конструкций из систематических
наблюдений за глубиной промерзания на дорогах Восточного Казахстана (рисунок
5).
Рисунок 5 - Глубина промерзание средняя, многолетняя
(см) по Восточному Казахстану
Рисунок 6 – Кривые промерзание по постам с ноября по
март, городов и районов Восточного-Казахстана.2003-2004гг.
1
- Риддер - глубина промерзание начало от 28см конечный 112см;
2
- Чалабай - глубина промерзание начало от 38см конечный 90см;
3
- Като-Карагай- глубина промерзание начало от 29см конечный 62см;
4
- Шемонаиха- глубина промерзание начало от 25см конечный 60см;
5
- Зайсан- глубина промерзание начало от 16 см конечный 60см;
6
- Самарка - глубина промерзание начало от 20см конечный 50см;
7
-Большенарымское- глубина промерзание начало от 20см конечный 54см;
8
- Зыряновск - глубина промерзание начало от 19см конечный 41см;
9
- Кокпекты- глубина промерзание начало от 25см конечный 53см;
10
- Урджар - глубина промерзание начало от 15см конечный 7см;
В
результате полевых наблюдений на постах установлено, что промерзание грунта под
дорожной одежды вызывает изменения его первоначальной влажности. На участках с
глубоким залеганием грунтовых вод влага накапливается в промерзшем слое и ее
содержание в талых слоях уменьшается. Перераспределение влаги из талых слоев в
зону промерзания отчетливо проявляется в пылеватых суглинистых грунтах в
условиях пустынно-степной, степной и лесной зон. В песчаных грунтах пустынной
зоны увеличение влажности грунта незначительно. Накопление влаги отмечается в
верхней части земляного полотна толщиной 40-80 см, что составляет около 60%
общей глубины промерзание грунта. Зона повышенной влажностей в суглинистых
грунтах резко отделяются от зоны осушения, влажность которой близка к
оптимальной влажности по стандартному уплотнению. В зоне накопления
распределение влаги по глубине неравномерно. Обычно самый верхний и наиболее
уплотненный слой земляного полотна 10-25 см менее увлажнен, чем нижние, менее
плотные слои (рисунок 7).
Рисунок 7 - Распределение влажности грунта по глубине
земляного полотна. 1- перед промерзанием; 2-в конце промерзания по постам
Выводы:
В
результате экспериментальных наблюдении было разработана карта Восточного
Казахстана самых холодных градусо-дней, количество осадков, средняя
температура, глубина промерзание и распределение влажности земляного полотна. Сылаясь
на эти данные в дальнейшем могут облегчить труд строителей и проектировщиков
автодорожных специальностей
Литература:
1 А.М. Каменев. Проектирование и сооружение
земляного полотна дорог в специфических природных условиях. Труды Союздонии,
вып. 43 М.: 1970г.
2 Н.А. Пузаков. Водно-тепловой режим
земляного полотна автомобильных дорог. М.: Автотрансиздат, 1960.
3 Строительная климотология. СНиП РК
2.04-01-2001. Комитет по делам строительства Министерства экономики и торговли
РК. Астана 2002. 114с.
4 А.Е.Қасымов. Способ определения деформации уплотняемого
грунта, позволяющую быстро и достаточно точно для практического применения
определять деформацию грунтового основания автомобильной дороги (Авторское
свидетельство № 63511 от 28.01.2008г);
5
А.Е.Қасымов. Способ определения
давления грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие
в связи водно-теплового режима (Авторское свидетельство № 62276 от 12.05.2008г)