CC BY
41РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНО-ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОДОРОГ НА УЧАСТКАХ С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ ГРУНТОВЫХ ВОД
Селиверстова Ольга Владимировна
Магистрант, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин),
Новосибирск.
REGULATION OF THE WATER-HEAT MODE OF THE SUBGRADE ON THE ROADS ON SITES
WITH HIGH GROUND WATER LEVEL
Seliverstova Olga Vladimirovna
Master student, Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin),
Novosibirsk
Аннотация. В статье рассматривается вопрос регулирования водно-теплового режима земляного полотна автомобильной дороги с целью обеспечения и поддержания их транспортно-эксплуатационного состояния. Предлагаются решения по устранению проблем, выявленных в процессе эксплуатации.
Abstract. The article has a question about the regulation of the water-thermal regime. Proposed solutions to eliminate problems identified during operation.
Ключевые слова: земляное полотно, грунтовые воды, регулирование водно - теплового режима, деформации земляного полотна, пучины.
Keywords: subgrade, groundwater, regulation of water - thermal conditions, roadbed deformation, frost heaving.
Геотехническая система «земляное полотно - основание» - одна из главных объектов дорожной инфраструктуры. Проблема обеспечения надежности и стабильности полотна является актуальной не только при проектировании автодорог, но и при их реконструкции.
Ежегодно в весенний период на отдельных участках дорог разрушается дорожная одежда из-за недостаточной несущей способности земляного полотна.
Причиной большинства деформаций, возникающих в процессе эксплуатации автомобильной дороги, является вода: атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в покрытии; вода, застаивающаяся на обочинах и кюветах; увлажнение грунтов насыпи вследствие капиллярного поднятия грунтовых вод из обводнённого основания; вода, перемещающаяся в результате миграции к фронту промерзания рис. 1.
Рис. 1. 1 - длительно застаивающаяся поверхностная вода; 2 - атмосферные осадки; 3 - парообразная и
пленочная вода; 4 - капиллярная вода.
В результате повторяющихся циклов промерзания и оттаивания, мерзлая земля трескается и приводит к разрушению основы дорожного полотна. Вода, попадающая в трещины, создает дополнительное гидродинамическое давление что в итоге приводит к снижению сопротивления грунта сдвигу и как следствие к разрушению земляного полотна. В весенний период оттаивание под обочинами происходит медленее, чем под проезжей частью, при этом выводящие дренажные слои не работают, так как находятся в мерзлом состоянии, что говорит о конструктивном недостатке существующих дорожных одежд.
«При проведении исследований процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания целесообразно учитывать зависимость относительной деформации морозного пучения от скорости промерзания грунтов основания, так как процесс морозного пучения в значительной степени обусловлен миграционным подсосом влаги от уровня подземных вод к фронту промерзания. Чем медленнее скорость перемещения
фронта промерзания, тем больше влаги переносится к фронту промерзания, что вызывает значительные деформации морозного пучения промерзающего основания.» [1, с. 105].
При проектировании или реконструкции земляного полотна необходимо предусматривать мероприятия по снижению уровня грунтовых вод и их отвода от основания дорожной одежды. Такой комплекс профилактических мероприятий должен обеспечить равномерное тепловое сопротивление дорожной конструкции под проезжей частью и под обочиной, что в свою очередь поспособствует осушению грунтового массива рабочего слоя земляного полотна и исключит явление морозного пучения грунта.
«Основной целью мероприятий по регулированию водно-теплового режима работы земляного полотна является уменьшение амплитуды колебания влажности» [2].
Методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна:
1. Ввод ограничений на увлажнение поверхности земляного полотна (защита в процессе строительства, отвод воды с обочин, устройство паро- и гидроизолирующих слоев, капиллярных прослоек, тщательное уплотнение грунтов);
2. Замена и улучшение характеристик грунтов (устройство насыпей из непучинистых и слабопучин-ситых грунтов, морозозащитных слоев, обработка грунтов вяжущими);
3. Регулирование теплового режима земляного полотна (устройство теплоизолирующих слоев);
4. Отвод воды грунтовых вод (устройство дренажных слоев и прослоек дренажного типа.
Рассмотренные исследования в области регулирования водно-теплового режима грунтов земляного полотна говорят о неэффективности методов регулирования. В.Е. Борозинец , Г.М. Фельдман и П.И. Мельников [4, 5] говорят о накоплении льда в промерзающих грунтах, связанным с постоянным изменением промерзания пород при наличии источника. Происходит протаивание некоторого слоя мерзлого грунта или льда, вследствие чего образуется вакуум. В результате происходит фильтрация воды в зону про-таиваниям, вода фиксируется за счет последующего промерзания грунта.
Предположением для решения вопроса регулирования грунтовых вод стали результаты в области агрофизики [3]. Согласно которым регулирование водно-теплового режима грунта в подмерзлотной зоне, возможно снятием разрежения (вакуума) и выравнивания давления над подмерзлотным слоем, это реализуется через сквозные полости, которые соединят подмерзлотную зону с атмосферой.
Список литературы:
1. А. Кудрявцев, А.В. Кажарский. Численное моделирование процесса морозного пучения и оттаивания в зависимости от скорости промерзания грунтов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 2 (34) 2012.
2. Кириллов Ф.А., Особенности регулирования водного режима земляного полотна и оснований дорожных одежд / Ф.А. Кириллов // Технологии, машины и производство лесного комплекса: материалы международной научнопрактической конференции / ВГЛТА. - Воронеж, 2004. - ч.П. - С. 52-56.
3. Горяев В.Е. К вопросу влияния мерзлоты на режимы миграции почвенной влаги // Факторы плодородия почв и их регулирование. - Новосибирск, 1985. -С. 27-30.
4. Борозинец В.Е., Фельдман Г.М. Вакуумно-фильтрационный механизм образования мощных шлиров льда // Проблемы криолитологии. Вып. IX. - М, 1981.-С. 165-178
5. Мельников П.И., Фельдман Г.М., Анисимова Н.П. Формирование шлиров льда при колебаниях границы промерзания над уровнем грунтовых вод // Докл. АН СССР. 1984. Т. 279, № 2. - С. 476-480.
References:
1. A. Kudryavtsev, A.V. Kazharsky. Numerical simulation of the process of frost heaving and thawing depending on the speed of soil freezing // Modern technologies. System analysis. Modeling number 2 (34) 2012.
2. Kirillov, F.A., Features of regulation of the water regime of the road bed and bases of pavements / F.A. Kirillov // Technologies, machines and production of the forest complex: materials of the international scientific-practical conference / VGLTA. - Voronezh, 2004. - h.P. - pp. 52-56.
3. Goryaev V.E. On the question of the influence of permafrost on the soil moisture migration regimes // Soil fertility factors and their regulation. - Novosibirsk, 1985. -C. 27-30.
4. Borozinets VE, Feldman G.M. Vacuum-filtration mechanism for the formation of powerful ice slots // Problems of cryolithology. Issue Ix. - M, 1981.-S. 165-178
5. Melnikov PI, Feldman G.M., Anisimova N.P. Formation of ice schlieren with fluctuations of the freezing boundary above the groundwater level, Dokl. Academy of Sciences of the USSR. 1984. T. 279, No. 2. - p. 476480.
