Строительство и архитектура/ 3. Современные технологии строительства,

 реконструкции и реставрации

 

Қасымов А.Е.

Восточно - Казахстанский Государственный технический университет

им.Д. Серикбаева, г.Усть-Каменогорск

 

определение давления пучения автомобильных дорог грунтового основания

 

Снижение воздействия сил морозного пучения на напряженно-деформированное состояние сезонно промерзающих морозоопасных грунтов транспортных сооружений (автомобильных и железных дорог) является важнейшей задачей, позволяющей снизить эксплуатационные затраты, обеспечить долгосрочную эксплуатацию, безаварийность и безопасность не только самих дорог, но и катящейся по ним транспортной техники.

Удлинение срока службы дорожной одежды ведет к увеличению ее потребительской стоимости.

При пучении и последующем оттаивании грунтов в весенне-летний период резко изменяются их физико-механические свойства, повышается их водопроницаемость и сжимаемость, что приводит к неравномерным просадкам земляного полотна дорог, сопровождается разжижением и выплеском грунта, образованием бугров выпирания, смещением откосов и кюветов и, естественно быстрым разрушением дорожного покрытия под влиянием механического воздействия проходящего транспорта.

С началом морозов большинство наших дорог начинает “пучить”. Подчиняясь обычному физическому закону, влага самопроизвольно притягивается со всей толщи дорожной насыпи к подмерзшей верхней кромке. Этому способствуют преобладающие в Казахстане глинистые связные грунты,  состоящие целиком из глины или с её значительной примесью. А глины и суглинки имеют такую особенность – они хорошо набирают и плохо отдают влагу. Подпочвенные воды подсасываются по рыхлостям и пустотам грунта слоев прямо под дорожное полотно и с первыми морозцами замерзают.

Давление воды, замерзающей в замкнутой системе, достигает 2000 кг/см2  при t° = -22°С, которая у нас не редкость. За зиму внутри земляного полотна образуется множество ледяных прослоек. А так как вода при замерзании увеличивается в объеме до 9%, она раздвигает частицы грунта под дорожной одеждой, асфальт трескается, и на дорожном покрытии появляются вспученные участки. Весной верхний слой грунта непосредственно под асфальтом размораживается, так как подтянутая под дорожную одежду влага под действием солнца оттаивает,  обводняется, и дорожное полотно теряет несущую способность. Стоит проехаться по такой дороге многотонному транспорту, и её покрытие обязательно просядет под колесами проезжающих грузовиков, которые просто проламывают асфальт над пустотами, разрушая так называемые выпоры асфальтового полотна.

Чтобы морозного пучения не происходило, нужно лучше уплотнять грунт, не оставлять в нем пор, пустот и рыхлостей для прохода влаги.

 Под плотно укатанным дорожным основанием влага не сможет собираться под дорожной одеждой. Повышение прочности и долговечности дорожной одежды избавляет от необходимости ремонтов, стоимость которых в процессе эксплуатации дороги значительно превысит дополнительные затраты на укатку.

Но вот обеспечить необходимую прочность дорожного основания удается не всегда. Иногда и уплотненное по стандарту дорожное полотно перенасыщается сточными водами из дренирующих канав или из-за засорения мостовых конструкций только потому, что перенасыщение дорожного основания водой вовремя не было определено. Сложным остается определение конкретного участка дороги, требующего оперативного вмешательства для обеспечения и поддержания целостности и работоспособности всей дороги.

В ВКГТУ им. Д.Серикбаева разработан способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие, который позволяет определить причины разрушения дорожного основания и по ним назначить требуемый объем работ для восстановления работоспособности дороги.

Способ прост, поясняется рисунком и осуществляется следующим образом: После устройства грунтового основания автомобильной дороги 1, которое укладывается на естественное земляное основание и, чаще всего, состоит из слоев песчано-гравийной смеси и щебня, его уплотняют до стандартной плотности и сверху, затем, укладывают слои мелкозернистого и крупнозернистого асфальта 2, которые также, соответственно, уплотняют. В период времени, когда уложен и уплотнен последний слой грунтового основания (щебня) 1, на его поверхности делают выемку, соответствующую размерам корпуса емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 и устанавливают в эту выемку корпус емкости 3, который в своей верхней части имеет опорную площадку 5, перекрывающую величину поверхности выемки. Емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4 плотно устанавливается в выемку в грунте, а опорная площадка 5 корпуса занимает положение, соответствующее  горизонту грунтового основания 1 и не выступает за его пределы. Через опорную площадку 5 из емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 выведена помещенная в несжимаемую оболочку эластичная трубка 6, выходящая за обочину 7 дорожной конструкции и заканчивающаяся жидкостным манометром 8.

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок – Схема реализации способа определения давления пучения: 1-грунтовое основание; 2-слой асфальтобетона; 3-емкость; 4-незамерзающая жидкость; 5-опорная площадка; 6-трубка; 7-обочина; 8-жидкостный манометр

Жидкостный манометр каждой установленной емкости нумеруется и по бирке с номером в дальнейшем определяется место заложения в полотне дорожной конструкции  емкости с незамерзающей жидкостью, изменение давления внутри которой фиксирует данный манометр.

После установки в грунтовое основание 1 всех перечисленных элементов, позволяющих реализовать заявляемый способ, поверх них укладывают слои асфальтобетонного покрытия 2.

Опорная площадка 5, под которой находится емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4, своими опорными полями опирается на грунтовое основание 1 и не дает асфальтобетонному покрытию 2 провалиться в выполненную в грунтовом основании выемку, в которой плотно установлена упругая емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4, и воздействовать во время уплотнения асфальтобетонного покрытия 2 на объем упругого корпуса этой емкости 3. Получается, что опорная площадка 5 является поверхностью, на которую будет давить упругий корпус емкости 3 с незамерзающей жидкостью 4 под воздействием деформаций пучения замерзающего грунтового основания 1. Эластичная трубка 6, соединяющая емкость 3 с незамерзающей жидкостью 4 и жидкостный манометр 8, помещена в гибкую недеформируемую оболочку, поэтому асфальтобетонная смесь 1 может быть уложена прямо на эту оболочку с эластичной трубкой 6.

С наступлением холодного времени года влага, накопившаяся по разным причинам в толще грунтового основания, начинает застывать и превращаться в лед, который при замерзании расширяется в объеме. Вместе с частицами влаги начинает увеличиваться в объеме и грунтовое основание автомобильной дороги, упираясь сверху в асфальтобетонное покрытие и стараясь разрушить и деформировать его поверхность. Если влажность грунтового основания высокая, то и его деформации будут значительны, а, значит, будут большими и силы, действующие на асфальтобетонное покрытие и стремящиеся вспучить его для освобождения энергии замерзания грунтового основания. Увеличиваясь при замерзании в объеме, грунтовое основание начнет давить на упругий корпус емкости с незамерзающей жидкостью, сжимая его в сторону асфальтобетонного покрытия с такой же силой, с какой оно давит на само асфальтобетонное покрытие. При сжатии упругого корпуса незамерзающая жидкость, находящаяся в нем, под давлением пучения грунтового основания и соответственного сжатия корпуса, изменится в объеме, а, следовательно, изменится и давление жидкости внутри емкости, которое сразу же будет зафиксировано жидкостным манометром, находящимся на конце эластичной трубки, выведенной из емкости с незамерзающей жидкостью за пределы обочины дорожной конструкции. По величине давления грунтового основания, называемого давлением пучения, можно судить о реальном состоянии всей дорожной конструкции, так как превышение предельного давления, соответствующего пределу прочности асфальтобетонного покрытия, позволяет судить о степени увлажнения грунтового основания, о степени его подтопления грунтовыми водами, и позволяет определить причину разрушения асфальтобетонного покрытия. Если оно было разрушено при давлении пучения, соответствующего нормально допустимому, то причиной разрушения асфальтобетонного покрытия скорее всего стало недоуплотнение грунтового основания. Если же асфальтобетонное покрытие было разрушено давлением пучения грунтового основания, превышающим предел прочности асфальтобетонного покрытия, то значит, что грунтовое основание избыточно переувлажнено и требуется комплекс мер по предупреждению проникновения влаги в толщу дорожной конструкции, и, в частности, в её грунтовое основание.

Предложенный способ позволяет  многократно экспрессным методом оценить способность грунтового основания к пучинообразованию и количественно оценивать величину давления пучения для выработки проектных решений по сооружению дорожных конструкций на критических участках, где давление пучения приближается или превышает предельно допустимое значение, а также значительно сократить средства, направленные на инженерно-геологическое изыскание причин разрушения и предупреждения дальнейшего разрушения дорожного полотна.

Литература:

 

1) Қасымов А.Е., Телтаев Б.Б.  «Способ определение деформации уплотняемого грунта». Materialy IV mezinarodni vedecko – prakticka conference «Veda: teorie a praxe-2008». – Dil 14. Matematika. Vystavba a arhitektura: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o.-50-55 stran.

2) Қасымов А.Е.,ТелтаевБ.Б.,Касымова Ж.М.«Усиление насыпи дорожного  

земляного   полотна как метод регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Восточного-Казахстана». Материалы за 4-а международна научна практична конференция, «Научно прастранство на Европа»,-2008. Том 25. Екология. География и геология. София. «Бел ГРАД-БГ»ООД-29 стр.

3) П.решение о выдаче авт.свид. на изобретение РК.   №2008/0088.1 «Способ определения деформации уплотняемого грунта». От 28.01.2008г. №10ВР.

4) П.решение о выдаче авт.свид. на изобретение РК.    №2008/0552.1 «Способ определения давления пучения грунтового основания автомобильных дорог на асфальтобетонное покрытие и емкость для его осуществления». От 12.05.2008г. №24ВР.