Защита автомобильных дорог от пучинообразования

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» Автомобильно-дорожный институт

Кафедра «Организация и безопасность движения»

Утверждаю: Зав. кафедрой
_________Ильина И.Е
(подпись, инициалы, фамилия)
«14»мая  2018 г.



ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной  работе на тему
Защита автомобильных дорог от пучинообразования
(наименование темы)
Автор ВКР _ ____________Белоногов И.В. ___________________________
(подпись, инициалы, фамилия)
ОбозначениеВКР-2069059-23.03.01-131975-18Группа ТТП-51/з________
Направление 23.03.01«Технология транспортных процессов» _______ Руководитель ВКР ________________________Домке Э. Р._(__________)
(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Консультанты по разделам:
Экономический раздел
наименование раздела
_____________________Домке  Э.Р
(подпись, дата, инициалы, фамилия)
Раздел безопасности жизнедеятельности
наименование раздела
________________________________
(подпись, дата, инициалы, фамилия)
______________________________________          
наименование раздела
_____________________________________________
(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Нормоконтроль________________________________________Ильина И.Е






Пенза 2018 г.


Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» Автомобильно-дорожный институт

Кафедра «Организация и безопасность движения»

Утверждаю: Зав. кафедрой
_________Ильина И.Е
(подпись, инициалы, фамилия)
_____ ___________ ____________ 
число месяц год 

ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ
РАБОТУ

СтудентБелоногов И.В___________________________________________
ГруппаТТП-051/з_______________________________________________
Тема Защита автомобильных дорог от пучинообразования_____________

утверждена приказом по Пензенскому ГУАС №06-09-369от27. 11. 2017г.
число месяц год
Срок представления ВКР к защите14.05. 2018г.
число   месяц   год

I. Исходные данные для ВКР

1. Литературные и нормативные источники по списку литературы (стр.75-77)
2. Материалы проектирования участков дороги на пучинистых грунтах.___

II. Содержание пояснительной записки

1. Общие понятия о механизме пучинообразрования на автомобильных_____ дорогах____________________________________________________________
2. Особенности проектирования и строительства автомобильных дорог на___пучинистых грунтах_________________________________________________
3. Обеспечение безопасности движения транспорта на пучинистых участках_ дорог_____________________________________________________________
4. Оценка экономического и социального ущерба от пучинообразования____ дорог_____________________________________________________________

III. Перечень графического материала
1. Источники увлажнения земляного полотна____________________________
2. Причины возникновения пучения грунтов____________________________
3. Схема устройства капилляропрерывающей прослойки__________________
4. Дорожная конструкция при возведении земляного полотна на пучинистых грунтах___________________________________________________________
5. Конструкции траншейного дренажа__________________________________
6. Конструктивные решения при переустройстве пучинистых участков______

IV. График выполнения ВКР


№п/п
Наименование этапов выполнения ВКР
Срок выполнения этапа
1

Изучение исходных данных,
составление плана работы

4.12.2017
2

Написание глав 1, 2

15.01.2018
3

Написание глав 3, 4

01.03.2018
4

Оформление ПЗ и чертежей

13.05.2018
5

Подготовка доклада и презентации
к защите ВПР

7.05.2018

Дата выдачи задания  4.12.2017 г.
Научный руководитель проекта  _____________________________Домке Э.Р.
подпись, дата, инициалы, фамилия
Задание принял к исполнению ___________________________Белоногов И.В.
подпись, дата, инициалы, фамилия



АННОТАЦИЯ

Дипломная работа на тему "Защита автомобильных дорог от пучинообразования"  состоит из 4 разделов (глав) и 6 приложений. Объем работы 77страниц. В работе представлено 22 рисунка, 6 таблиц.
Первая глава " Общие понятия о механизме пучинообразрования на автомобильных дорогах". В ней рассмотрены причины, источники и влияние морозного пучения на дороги. Разобраны основные понятия и определения. 

Во второй главе "Особенности проектирования и строительства автомобильных дорог на пучинистых грунтах". Приведены характеристики грунтов склонных к пучению, особенности проектирования автомобильных дорог на этих грунтах и технологии.
Третья глава "Обеспечение безопасности движения транспорта на пучинистых участках дорог". Выявлены признаки пучинообразования на дорогах. Рассмотрены рекомендации по содержанию, ремонту и реконструкции таких участков.
В четвертой главе "Оценка экономического и социального ущерба от пучинообразования дорог" оценены потери пользователь дорог от снижения их качества.
При написании работы использованы статистические, нормативные и другие материалы из 20 литературных источников.



СОДЕРЖАНИЕ:
Введение……………………………………………..........................................7	
1Общие понятия о механизме пучинообразрования на автомобильныхдорогах...……………………………………………....……………………..… 9	
1.1 Влияние природных факторов на состояние автомобильной дороги …11	
1.3Водно-тепловой режим земляного полотна дороги…..........…..………..18	
1.4  Причины пучинообразования на дороге…...............................................20		
2Особенности проектирования и строительства автомобильных дорог на пучинистых грунтах .…………………………….…………….….…………...22	
2.1Характеристика пучинистых грунтов ……………………...........….…...22	
2.2Особенности проектирования участков дорог на пучинистых грунтах ……………………....….………………………………………………………..28	
2.3Технология сооружения участков дорог на пучинистых грунтах …...32	
3 Обеспечение безопасности движения транспорта на пучинистых участках дорог……………………………………………………………………….…..40	
3.1 Выявление признаков пучинообразования на дорогах……………….…40	
3.2 Содержание и ремонт дорожного покрытия и земляного полотна на участках пучинообразования………………………………………………...... 42	
3.3 Реконструкция участков дорог в местах пучинообразования………….47	
4 Оценка экономического и социального ущерба от пучинообразования дорог……………………………………………..…………………………..…..…...61	
4.1 Снижение транспортно-эксплуатационных качеств дороги…………...62	
4.2 Социальные потери пользователей дорог……………………….…69
Заключение ………………………...…………………….……………….….....74	
Списоклитературы ………………………………………………………….…75
ВВЕДЕНИЕ
     Климат и погода –два основных природных фактора,  в огромной мере влияющие на транспортно-эксплуатационные характеристики автомобильных дорог,безопасность движения,на условия движения по дороге и режим ее функционирования. 
 	Из всего разнообразия природно-климатических факторов наибольшее влияние на состояние дорог и на условия движения автомобилей оказывают грунтово-геологические и гидрологические условия, рельеф и ландшафт местности, а также погодно-климатические условия или факторы. Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выделяют тип и характеристики грунтов земляного полотна и подстилающих слоев, глубину промерзания, глубину и характер залегания грунтовых вод, условия стока поверхностных.
    При быстрых понижениях температур с переходом ниже 0 образуются температурные трещины в дорожной одежде. Интенсивный прогрев солнечными лучами в летний период приводит к повышению пластичности асфальтобетона, что способствует образованию сдвигов, волн и наплывов на покрытии.
    Геологические, физические, биохимические и другие процессы, происходящие в самых верхних частях земной коры и обусловленные сезонным и многолетним промерзанием и протаиванием увлажненных рыхлых горных пород, охлаждением мерзлых пород, и замерзанием подземных водназываюткриогенными.
    Направление и интенсивность криогенных процессов связанны с особенностями накопления четвертичных осадков, с тепловлагообменом в верхних горизонтах горных пород, с динамикой промерзания и протаивания.


    Среди мерзлотных процессов в нашем регионе наибольшее распространение получило пучение.  В дорожной практике оно приводит к образованию локальныхвзбугриваний земляного полотна, под которым подразумевают не только деформации при промерзании зимой, но и  потерю несущей способности основания вследствие весенней осадки и переувлажнения грунта при оттаивании.
    
    















1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МЕХАНИЗМЕ ПУЧИНООБРАЗРОВАНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
     Пучины - деформации и разрушения в виде бугров и сетки трещин, образующиеся при сезонном промерзании и оттаивании на дорожной одежде при определенных условиях. Они возникают в результате пучения (пучинообразования), неоднородных по площади проезжей части взбугриваний дорожной одежды, образующихся при одновременном сочетании следующих трех факторов:
     1-интенсивного морозного влагонакопления,;
     2-промерзания грунта под дорожной одеждой на глубину hnp > 0,5 м;
     3-наличием мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суглинков и других пучинистых грунтов. Размер деформации пучения зависит от влажности грунта, глубины промерзания, продолжительности холодного периода, скорости промерзания грунта, прочности дорожной одежды. Неравномерное морозное пучение может достигать 8-10см, что существенно снижает скорость движения автомобилей.
     Пучинообразование - накопление, перераспределение, замерзание и оттаивание воды в порах грунта вследствие сезонных изменений водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.
1.1 Влияние природных факторов на состояние автомобильной дороги
Транспортные средства воздействуют на дорогу обычно одновременно с
факторами, зависящими от природно-климатических условий (водой,температурой, ветром, солнечной радиацией).
Из всего разнообразия природно-климатических факторов наибольшее влияние на состояние дорог и на условия движения автомобилей 

оказывают грунтовогеологические и гидрологические условия, рельеф и ландшафт местности, а также погодно-климатические условия или факторы.
Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выделяют тип и
характеристики грунтов земляного полотна и подстилающих слоев, глубину промерзания, глубину и характер залегания грунтовых вод, условия стока поверхностных вод.
К погодно-климатическим факторам относятся: атмосферное давление,
солнечная радиация, температура и влажность воздуха, осадки (дождь, снегопад, ветер, метель, гололед, туман), а также сочетание этих факторов. Воздействие погодно-климатических факторов формирует водно-тепловой режим земляного полотна (ВТР), под которым понимают закономерные сезонные изменения в полотне и слоях одежд влажности и температуры.
Летний периоднаиболее часто наблюдается сухое чистое покрытие, сухие
обочины и в целом благоприятные условия движения.
В переходные периоды года наиболее часто наблюдается влажное и мокрое покрытие и грязные, разрушенные обочины.
При выпадении осадков в виде дождя на поверхности покрытия образуется слой воды, который начинает заметно влиять на сцепные свойства уже при толщине пленки более 0,2 мм, снижая адгезионную составляющую силы трения.
Коэффициент сцепления резко снижается в начальный период дождя, когда образуется густая смазка на поверхности. После того как грязь с поверхности покрытия смыта дождем, коэффициент сцепления несколько увеличивается.
Зимний периодгода состояние поверхности дороги может колебаться в

наибольших пределах. Поверхность дороги зимой может быть сухой ичистой от снега, покрыта слоем сухого рыхлого снега (заснеженной), снежным накатом, мокрым снегом или коркой в виде гололеда или искусственной скользкости, образующейся путем уплотнения и оплавления снега под влиянием движущихся автомобилей.
Основные источники увлажнения дорожной конструкции:
атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в покрытии, обочины (особенно в местах сопряжения с проезжей частью); вода, застаивающаяся на поверхности полотна, в боковых резервах и кюветах вследствие затрудненного поверхностного стока и увлажняющая грунт земляного полотна в процессе молекулярного и капиллярного передвижения; подземная вода, поднимающаяся по капиллярам, особенно при промерзании конструкции и близком к поверхности дороги залегании подземных вод; парообразная вода, перемещающаяся от теплых слоев к более холодным. Зимой при промерзании конструкции вода может передвигаться снизу вверх и концентрироваться у фронта промерзания, повышая влажность грунта
1.2 Источники увлажнения земляного полотна дороги
В процессе эксплуатации земляное полотно и дорожная одежда постоянно подвергаются воздействию воды. При этом уменьшается прочность слоев дорожной одежды, возникают просадки, нарушается устойчивость обочин и откосов земляного полотна.
Источниками увлажнения грунтов земляного полотна являются: выпадающая дождевая вода и вода от таяния снега, приток воды к земляному полотну с окружающей местности, капиллярное поднятие грунтовых вод при промерзании в осенний период, процесс конденсации водяных паров из воздуха и перемещение пленочной влаги внутри 

земляного полотна по поверхности грунтовых частиц (рис. 1.1).


Рисунок 1.1 Источники увлажнения земляного полотна
1 - длительно застаивающаяся поверхностная вода; 2 - атмосферные осадки; 3 - парообразная и пленочная вода; 4 - капиллярная вода.

    
    Поверхность земляного полотна водонасыщается за счет выпадающей дождевой воды, которая просачивается внутрь насыпи или выемки. При положительной температуре воздуха с поверхности насыпи происходит обратный процесс - интенсивное испарение воды. В выемке этот процесс замедляется из-за того, что земляное полотно находится ниже поверхности земли. Условия просыхания грунтов земляного полотна очень неравномерны. В нижней части насыпи накапливают поверхностные воды, которые на короткое время могут водонасыщать нижние слои земляного полотна.
    Под влиянием притока воды в результате выпадения осадков земляное полотно на некоторых участках подтопляется, уровень грунтовой 
воды повышается, заполняются воздушные поры в нижней части земляного полотна. Грунт водонасыщается и теряет несущую способность, откосы обрушаются. В грунте земляного полотна между частицами образуются тонкие каналы неправильной формы - капилляры. Под воздействием молекулярных сил от уровня грунтовых вод или мест постоянного застоя воды на поверхности происходит процесс передвижения воды по капиллярам.
    Особенно подвержены капиллярному поднятию воды пылеватые грунты, где поднятие может достигать несколько метров. Слои грунта выше уровня капиллярного поднятия содержат воду в виде тончайших пленок, а также в виде водяных паров, влажность которых изменяется при изменении температуры и атмосферного давления.
    Водный режим земляного полотна зависит от количества осадков, времени года и колебаний температуры воздуха; происходит перемещение воды из более теплых мест к холодным участкам земляного полотна.
    Влияние водного режима на земляное полотно существенно зависит от влажности и проявляется по-разному в различных климатических зонах. В северной части республики при избыточном увлажнении идут интенсивные процессы капиллярного поднятия воды при наличии поверхностных вод. В южных районах грунтовые воды находятся на большой глубине, уменьшается количество выпадающих осадков, возникает благоприятный водный режим для земляного полотна.
    Для предохранения земляного полотна от увлажнения поверхностными и грунтовыми водами и обеспечения его устойчивости и прочности предусматривают:
- поперечный уклон от оси дороги - проезжей части, обочин и откосов земляного полотна для обеспечения быстрого стока дождевой воды;
- устройство боковых водоотводных и нагорных канав для отвода воды от дороги;
- поднятие конструкции земляного полотна и дорожной одежды над уровнем поверхностных и грунтовых вод;
- устройство изолирующих прослоек в верхней части земляного полотна для

предохранения дорожной одежды от увлажнения ее грунтовыми водами;
- устройство дренажей для отвода или понижения уровня грунтовой воды.
    В районах, где выпадает значительное количество осадков, особенно в осенний период, грунты поверхности земли переувлажняются, в земляном полотне идут интенсивные процессы перераспределения влаги. В зимний период наблюдаются большие перепады отрицательной температуры с неожиданными потеплениями. Под влиянием разности температур и большой влажности в земляном полотне в начальный период промерзания происходит перемещение влаги от теплого грунта к границе промерзания. Этот процесс перемещения наступает при температуре от +4 - 6 до -3° С. При постоянной отрицательной температуре процесс перемещения прекращается, в земляном полотне образуются линзы льда.
    По тонким капиллярам влага поднимается от горизонта грунтовой воды до зоны промерзания, к мерзлой части грунта, где образуются кристаллы льда. Кристаллы льда увеличиваются в объеме, притягивая все большее количество влаги с окружающего грунта и из низших слоев земляного полотна. Количество воды, подтянутой к растущим ледяным кристаллам, бывает тем большим, чем дольше продолжается процесс постепенного промерзания грунта (рис1.2).
    Рисунок 1.2 Причины возникновения пучения грунтов
    Для II и III климатических зон перепады температур в пределах от +6 до -3-5° С явление довольно частое и продолжительное в осенний период. Поэтому процесс влагонакопления в земляном полотне длится всю осень и заканчивается при постоянных морозах. Процесс накопления и движения воды в земляном полотне может повторяться при длительных оттепелях.
    Линзы льда раздвигают частицы грунта в земляном полотне, происходит поднятие грунта (пучение). Неоднородное пучение грунта в земляном полотне приводит к образованию трещин в дорожной одежде. В весенний период за счет потепления и темного цвета покрытия происходит интенсивное оттаивание грунта в верхней части земляного полотна. Вода под дорожной одеждой не имеет выхода из-за мерзлого нижнего слоя земляного полотна и откосов. Грунт, накопивший воду в период замерзания, при оттаивании теряет несущую способность, превращается в плывун. Дорожная одежда под действием нагрузок от проходящего транспорта разрушается.
    К непучинистым грунтам относятся песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2%;
- к слабопучинистым грунтам - песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15%, мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15%, супесь легкая крупная;
- к пучинистым грунтам - супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глина;
- все пылеватые грунты являются сильно пучинистыми грунтами.
    В районах сезонного промерзания грунтов на дорогах I – IV категорий предусматривают противопучинные мероприятия. В районах с глубиной промерзания менее 0,6 м в случаях, когда толщина дорожной одежды превышает 2/3 глубины промерзания и насыпь земляного полотна отсыпана из непучинистых или слабопучинистых грунтов, такие мероприятия не требуются.
    В грунтах с большим содержанием глинистых частицводаперемещается медленно, так как в глинистых грунтах очень тонкие поры, а вязкость воды велика, чтобы пройти через структуру глинистых грунтов. В пылеватых грунтах с большим содержанием частиц размером от 0,05 до 0,002 мм происходит интенсивное перемещение пленочной воды и ее накопление в мерзлом грунте.
    По условиям увлажнения грунта участки трассы делят на три типа местности:
- сухие участки;
- сырые участки с избыточным увлажнением в отдельные периоды года;
- мокрые участки с постоянным избыточным увлажнением грунтов.
    Для первого типа местности поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов. К первому типу относят участки с песчано-гравийными и песчаными грунтами (кроме мелких пылеватых песков) при толщине слоя более 5 м и уровне грунтовых вод на глубине более 3 м для II и Ш климатических зон и более 2 м в IV и V зонах, независимо от поверхностного стока. Поверхностный сток считается обеспеченным при уклоне поверхности грунта в пределах полосы отвода более 2 %.
    Для второго типа местности поверхностный сток не обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи грунтов, если уровень в предморозный период залегает ниже глубины промерзания не менее, чем: на 2 м - при глинах, суглинках тяжелых пылеватых; на 1,5 м - при суглинках легких пылеватых и легких, супесях тяжелых пылеватых; на 1 м - в супесях легких, легких крупных и песках пылеватых. Глубину промерзания определяют по карте, приведенной в СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».
    Для третьего типа грунтовые или длительно (более 30 сут) стоящие поверхностные воды оказываютвлияние на увлажнение верхней толщи грунтов.Тип местности определяют также по характеру рельефа, признакам 
    заболоченности, положению уровня грунтовых вод и условиям притока и отвода воды. Основной характеристикой увлажнения поверхности земли и наличия грунтовых вод является растительность. При изменении характера растительности можно судить о глубине грунтовых вод.
    При наличии пучинистых грунтов в нижней части земляного полотна устраивают изолирующие прослойки (рис. 1.2). Они служат для защиты верхней части земляного полотна от воздействия грунтовых вод, прерывают движение воды по капиллярам, создают хороший водный режим в верхней части земляного полотна.
    Изолирующие прослойки толщиной 15-20 см из минеральных материалов (гравия, щебня, гравелистого песка) устраивают на всю ширину земляного полотна с поперечным уклоном 30 ‰ от оси дороги к бровкам земляного полотна. Для устранения заиливания материала прослоек необходимо закрывать прослойки сверху и снизу материалом, препятствующим движению мелких частиц грунта, но пропускающим воду.
     
Рисунок 1.3. Схема устройства капилляропрерывающей прослойки:
а - из минеральных материалов; б - из нетканых синтетических материалов;
1 - дорожная одежда; 2 - грунт земляного полотна; 3 — капилляропрерывающая прослойка
    На пучинистых и сильнопучинистых грунтах земляного полотна применяют прослойки из нетканых синтетических материалов, обработанных органическими вяжущими (геотекстиль). Геотекстиль представляет собой прочный материал, полученный из отходов текстильной промышленности в виде рулонов. Толщина геотекстиля 4 - 7 мм, сопротивление на разрыв 50-600 Н/см, плотность 120-600 г/м2. Геотекстиль бывает водопроницаемым и водонепроницаемым, обработанным битумом.
    Изолирующие прослойки закладывают на глубине 0,9 м от верха покрытия для II климатической зоны, 0,8 м - Ш, 0,75 м - IV, 0,6 м - V зоны.Прослойки закладывают на 20 см и выше возможного наивысшего уровня грунтовых вод или над расчетным уровнем длительно стоящих поверхностных вод.
     1.3 Водно-тепловой режим земляного полотна дороги
    Закономерные изменения в течение года влажности и температуры впридорожном слое воздуха, в слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна,обусловленные особенностями данной дорожно-климатической зоны и местныхгидрогеологических условий, называют водно-тепловым режимом дорожнойконструкции. Он существенно влияет на прочность и морозоустойчивостьдорожной конструкции и в конечном итоге на степень ровности проезжей части.Наиболее значительные сезонные изменения влажности и температурыпроисходят в земляном полотне.
    Годовой цикл водно-теплового режима земляного полотна включает четырехарактерных периода:
- первоначальное накопление влаги осенью;
- промерзание, перераспределение и накопление влаги в земляном полотне зимой;
- оттаивание земляного полотна и переувлажнение грунта весной;
- просыхание земляного полотна летом.
    Осенью (сентябрь-ноябрь) под воздействием потока влаги от атмосферныхосадков, проникающих в дорожную конструкцию, и вследствие подъема уровняделе текучести грунта). Увеличение влажности сопровождаетсяразуплотнением грунта.
    Зимой в процессе промерзания земляного полотна,вызывающего приток влаги от уровня грунтовых вод к фронту промерзания,происходит дальнейшее увлажнение и разуплотнение грунта. Прочностныехарактеристики дорожной конструкции достаточно велики, так как грунт и слоидорожной одежды находятся в мерзлом состоянии. Весной в начале оттаиванияземляного полотна грунт наиболее увлажнен и разуплотнен (W @ (0,85-1,00)WT;Kyпл = 0,85). Этот период принимают за расчетный в работе дорожной одежды.
    Весной инсоляция и нагрев поверхности дороги весной создают поток тепла,проникающий в дорожную конструкцию, который приводит к постепенномупросыханию самых верхних слоев земляного полотна. Однако до полногооттаивания влажность талого грунта резко возрастает, плотность его уменьшается,снижаются деформационные (модуль упругости) и прочностные характеристики(угол внутреннего трения и сцепление). Наименьшие значения деформационных ипрочностных характеристик наблюдаются в апреле-мае, когда дорожнаяконструкция обладает наименьшей прочностью.
Грунт увлажняется и перед началом промерзания во II дорожноклиматическойзоне осенняя влажность его достигает 0,7WT (WT - влажность напределе текучести грунта). Увеличение влажности сопровождаетсяразуплотнением грунта. Зимой в процессе промерзания земляного полотна,вызывающего приток влаги от уровня грунтовых водк фронту промерзания,происходит дальнейшееувлажнение и
разуплотнение грунта. Прочностныехарактеристики дорожной конструкции достаточно велики, так как грунт и слоидорожной одежды находятся в мерзлом состоянии. Весной в начале оттаиванияземляного полотна грунт наиболее увлажнен и разуплотнен (W @ (0,85-1,00)WT;Kyпл = 0,85). Этот период принимают за расчетный в работе дорожной одежды.
    Летом (июль-август) земляное полотно интенсивно просыхает Влажностьгрунта уменьшается примерно до 0,5WT; летом грунт находится в наиболееуплотненном состоянии и обладает наибольшей прочностью.
1.4 Причины пучинообразования на дороге
    Физическая сущность пучинообразования состоит в накоплении, перераспределении, замерзании и оттаивании воды в порах грунта вследствие сезонных изменений водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. В дисперсных грунтах, представляющих собой капиллярно-пористые тела, происходит непрерывныйтепломассообмен. С понижением температуры свободно связанная вода замерзает при 0, пленочная и рыхлосвязанная — при –3ОС, прочно связанная и в капиллярах вода замерзает при более низкой температуре (–10...–30ОС). При промерзании грунта возникает температурный градиент. Незамeрзшая часть жидкой фазы перемещается из тeплыхслоeв грунта к холодным, то есть снизу вверх. Процесс миграции воды протекает в зоне изотерм 0...–5ОС. При наличии температурного градиента происходит термодиффузия пара от теплых слоeв грунта к холодным. Водяной пар, охлаждаясь, конденсируется, увеличивая 

    толщину плeнки воды на частицах грунта и на кристаллах льда, и замерзает. Дальнейшее влагонакопление и льдообразование происходит за счeт термодиффузии водяного пара. В зоне льдообразования вначале возникают кристаллы, а затем линзы льда.
    Льдообразование сопровождается увеличением объeма на 9 % и значительным давлением в земляном полотне, что и вызывает поднятие в том числе неравномерное дорожной одежды. В этом и заключается процесс пучинообразования. Весной грунт оттаивает в первую очередь под дорожной одеждой. В этот момент лeд переходит в жидкую фазу, которая под действием собственного веса мигрирует вниз и задерживается на мeрзлом практически водонепроницаемом грунте. Над мeрзлой поверхностью (донником) грунт переувлажняется. Дорожная одежда теряет прочность и под действием нагрузок от транспорта разрушается, еe материал перемешивается с разжиженным грунтом, возникают пучины.
    В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.






2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Пучинистые грунты — проблема номер один для строителей. Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по — разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.

2.1 Характеристика пучинистых грунтов
     Основания, осложенныепучинистыми грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при сезонном или многолетнем промерзании увеличиваться в объеме, что сопровождается подъемом поверхности грунта и развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты и другие конструкции сооружений. При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его осадка.

     К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (ГОСТ 25100). При проектировании сооружений на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать возможность повышения влажности грунта за счет подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.
Пучинистые грунты характеризуются:
абсолютной деформацией морозного пучения hf, представляющей подъем ненагруженной поверхности промерзающего грунта;
относительной деформацией (интенсивностью) морозного пучения efh - отношением hf к толщине промерзающего слоя df;
вертикальным давлением морозного пучения рfh,v, действующим нормально к подошве фундамента;
горизонтальным давлением морозного пучения рfh,h, действующим нормально к боковой поверхности фундамента;
удельным значением касательной силы морозного пучения tfh, действующей вдоль боковой поверхности фундамента.
Указанные характеристики должны устанавливаться на основе опытных данных с учетом возможного изменения гидрогеологических условий. Для сооружений III уровня ответственности допускается определять значения efh в зависимости от параметра Rf (рисунок 1.3), вычисляемого по формуле:

(2.1)
Где w, wp - влажность в пределах слоя промерзающего грунта соответственно природная и на границе раскатывания, доли единицы;
     wcr - критическая влажность, доли единицы, ниже значения которой в промерзающем пучинистом грунте прекращается перераспределение влаги, вызывающей морозное пучение; определяется по графикам (см. рисунок 1.4);
     wsat - полная влагоемкость грунта, доли единицы;
     rd - плотность сухого грунта, т/м ;
     М0 - безразмерный коэффициент, численно равный абсолютному значению средней многолетней температуры воздуха за зимний период, определяемый в соответствии с СНиП 23-01.
     По степени пучинистости грунты подразделяют в зависимости от efh на пять групп (ГОСТ 25100). Принадлежность глинистого грунта к одной из групп также может быть оценена по параметру Rf (см. рисунок 2.1).
     Расчет оснований, сложенных пучинистыми грунтами, должен выполняться в соответствии с рекомендациями раздела 5 и предусматривать проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения.
     Расчет устойчивости фундаментов на воздействие касательных сил морозного пучения, действующих вдоль боковой поверхности фундаментов, должен выполняться при заложении подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов.
Устойчивость фундаментов проверяют по формуле:
(2.2)
где ?fh - значение расчетной удельной касательной силы пучения, кПа, принимаемое по 6.8.7;
    Аfh - площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания, м2;
    F - расчетная постоянная нагрузка, кН, при коэффициенте надежности по нагрузке gf = 0,9;
    Frf - расчетное значение силы, кН, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания;
    gc - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
    gn - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.



Рисунок 2.1. Взаимосвязь параметра Rf и относительной деформации пучения efh
1, 2 - супеси; 3 - суглинки; 4 - суглинки с 0,07 < Ip ? 0.13; 5 - суглинки с 0,13 < Ip ? 0,17; 6 - глины (в грунтах 2, 4 и 5 содержание пылеватых частиц размером 0,05-0,005 мм составляет более 50 % по массе); а - практически непучинистый; б - слабопучинистый; в - среднепучинистый; г - сильнопучинистый; д – чрезмернопучинистый
      
      
2.2. Зависимость критической влажности wcr от числа пластичности Jp и предела текучести грунта wL

     Значение расчетной удельной касательной силы пучения ?fh должно определяться опытным путем. При отсутствии опытных данных допускается принимать значения ?fh по таблице 2.1 в зависимости от вида и характеристик грунта. 
    Пучинистые свойства крупнообломочных грунтов и песков, содержащих пылевато-глинистые фракции, а также супесей при Ip< 0,02 определяются через показатель дисперсности D. Эти грунты относятся к непучинистым при D < 1, к пучинистым – при D ? 1. Для слабопучинистых грунтов показатель D изменяется в пределах 1 < D < 5.Значение D определяется по формуле:
     (2.3)
где k — коэффициент, равный 1,85?10-4 см3 ; е — коэффициент пористости; d — средний диаметр частиц грунта, см, определяемый по формуле:
(2.4)
где p1, p2, …, pi — процентное содержание отдельных фракций грунта, доли единицы; d1, d2, …, di — средний диаметр частиц отдельных фракций, см.
Таблица2.1
Грунты и их характеристики
Грунты и их характеристики
Значения расчетной удельной касательной силы пучения ?fh, кПа, при глубине сезонного промерзания — оттаивания dth, м

До 1,5
2,5
3 и более
Супеси, суглинки и глины при показателе текучести IL > 0,5, крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при показателе дисперсности D>5 и степени влажности Sr> 0,95
110
90
70
Супеси, суглинки и глины при 0,25 < IL 0,5, крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при D>1 и степени влажности 0,8 1 и степени влажности 0,6? 0,8
70
55
40

Примечания 
1 Для промежуточных глубин промерзания ?fh принимается интерполяцией. 
2 Показатель дисперсности грунта D определяется по формуле (1.3). 
3 Значения ?fh для грунтов, используемых при обратной засыпке котлованов, принимается по первой строке таблицы. 
4 В зависимости от вида поверхности фундамента приведенные значения ?fh умножают на коэффициент: при гладкой бетонной необработанной – 1; при шероховатой бетонной с выступами и кавернами до 5 мм — 1,1— 1,2, до 20 мм — 1,25—1,5; при деревянной антисептированной — 0,9; при металлической без специальной обработки — 0,8. 5 Для сооружений III уровня ответственности значения ?fh умножают на коэффициент.......................