к.т.н. доц. Герасименко В.Г., ас. Близнюк Т.В., ст. Бутенко Н.В.

Автомобильно-дорожный институт

Государственное высшее учебное заведение

Донецкий Национальный Технический Университет, Украина

Влияние дренажных слоёв на эксплуатационное состояние автомобильных дорог

К сожалению, за годы независимости финансирование дорожной отрасли в Украине не проводилось на надлежащем уровне. В результате этого задачами содержания дренажной системы зачастую пренебрегали, как задачами низкого приоритета. Вместо поддержания дренажа приоритетными задачами являлись задачи краткосрочного плана более важного для пользователей дорог, а именно частичная замена покрытия, ямочный ремонт и т.д.

Многолетний опыт эксплуатации автомобильных дорог показывает, что одной из основных причин преждевременного разрушения дорожных покрытий является переувлажнение верхней части рабочего слоя земляного полотна из-за неудовлетворительного состояния дренирующих и водоотводных систем. В основаниях дорожных одежд в период оттаивания рабочего слоя земляного полотна накапливается свободная вода, которая отжимается из грунта при интенсивном движении по дороге и снижает прочность дорожной конструкции.

Дренаж дорожной конструкции сложная тема. Попадание влаги в конструкцию дороги сквозь трещины, выбоины и обочины увлажняет свободные гранулированные частицы в конструкции дороги. Широко известен тот факт, что повышенное содержание влажности уменьшает несущую способность почвы, что увеличивает скорость разрушения и сокращает срок службы дорог. В таких случаях дорога будет требовать восстановительных ремонтов гораздо чаще, чем дорожная конструкция с хорошим дренажом. Стоимость такого удорожания содержания дорожной поверхности должна сравниваться со стоимостью поддержания и улучшения дренажа.

Дополнительные слои в основании проезжей части автомобильной дороги должны предохранять дорожную конструкцию от недопустимого зимнего вспучивания, а также обеспечить эффективное осушение верхней части земляного полотна и основания дорожной одежды [1].

Чаще всего обе эти функции выполняет один конструктивный слой. Однако, в отдельных случаях целесообразно иметь два отдельных конструктивных слоя, один из которых предназначен для предотвращения недопустимого зимнего вспучивания (морозозащитный слой), а другой – предохраняет от избыточного увлажнения (дренирующий слой). В определённых условиях можно ограничиться устройством только дренирующего слоя [1,2].

Вода попадает в конструкцию дороги в ходе естественного процесса оборота воды в природе. Основными её источниками являются не только осадки, но и просачивание при таянии снегов, а наличие капиллярных пустот в почве способствует накоплению воды в дорожной конструкции.

Осенью и зимой осадки, в виде воды или снега увлажняют всю конструкцию дороги в целом, равно как и обочину, и водоотводные канавы. В итоге, к весне в конструкции дороги находится большое количество излишней воды. Особенно важным вопрос осушения основания проезжей части является в следующих случаях:

1) на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов во всех случаях, когда можно ожидать в отдельные периоды года увлажнения подстилающего грунта до полной влагоёмкости (при близком залегании грунтовых вод, на эпизодически подтапливаемых участках и т.п.) ;

2) в районах с большим количеством осадков на участках, где можно ожидать скопления в основании проезжей части воды, проникающей с поверхности (участки дороги с затяжными продольными уклонами, участки, прилегающие к газонам и т.д.) [1,2].

Когда материал имеет высокое насыщение, давление воды в порах поднимается очень быстро, особенно при быстрой загрузке дороги. Давление пор почвы воздействует на несущую способность посредством коэффициента нормальной нагрузки, то есть чем выше давление пор почвы, тем меньше коэффициент нагрузки, что обычно характеризует реальную способность почвы выдерживать нагрузку. Коэффициент нагрузки также влияет на свойства деформации и эластичности почвы. В случае высокого давления пор почвы отклик нагрузки в основании и в суб-основании становится значительно меньше, искривления на поверхности увеличиваются и нагрузка, которая движется от поверхности к грунту, становится больше. Это является причиной большего напряжения конструкции, чем ожидалось на этапах разработки и строительства. Всё это приводит к тому факту, что межремонтный срок и качественный стандарт дороги преждевременно уменьшаются [3].

Отношение между всасыванием и содержанием влажности для ненасыщенной почвы определяется кривой характеристики почвенных вод (КХПВ). При увлажнении или высыхании эта кривая не дает правильное матричное всасывание вследствие эффекта запаздывания. Пример КХПВ приведен на рис.1. Содержание влаги (W) уменьшается, когда всасывание увеличивается. Увеличенное всасывание увеличивает общую нагрузку, равно как модуль упругости и деформация сдвига.

Рисунок 1 – Кривая характеристики почвенных вод (КХПВ)

Количество излишков воды в течение весеннего таяния изменение водного давления пор при воздействии нагрузки от проезжающего транспорта во многом зависит от самого материала. Это воздействие будет больше на мелкозернистой почве, чем на крупнозернистой.

Легко понять, что понижение уровня почвенных вод положительно скажется на несущей способности дороги. Понижение уровня почвенных вод на ΔН увеличивает всасывание и действительную нагрузку на материал.

Понимание рисунка 1 необходимо для осознания важности дренажа. Целью является сохранение уровня почвенных вод на максимально возможном низком уровне что позволит значительно увеличить срок службы автомобильной дороги и сократить затраты на комплекс ремонтно-восстановительных мероприятий.

Литература

1. Васильев А.П. Состояние дорог и безопасность движения автомобильных дорог в сложных погодных условиях. – М.: Транспорт, 1976. – 224с.

2. Корсунецкий, М.В. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами. – М.: Транспорт, 1996. – 247с.

3. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / под ред. И.А. Золоторя, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко. — М.: Транспорт, 1991. – 416с.