ПОСОБИЕ
по проектированию
методов регулирования
водно-теплового режима
верхней части
земляного полотна

(к СНиП 2.05.02-85)

Утверждено
приказом по Союздорнии от 31.08.87 г. № 151

Москва Стройиздат 1989

Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85) / СоюздорНИИ. - М.: Стройиздат, 1989.

Содержит указания по проектированию методов регулирования водно-теплового режима земляного полотна, обеспечивающих прочность, морозоустойчивость и дренирование дорожной одежды и верхней части земляного полотна, создающих условия для снижения высоты насыпи и использования местных грунтов, а также для уменьшения толщины слоев дорожной одежды из дорогостоящих материалов.

Для инженерно-технических работников дорожного хозяйства.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано в целях детализации отдельных положений СНиП 2.05.02-85, относящихся к проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна во II - V дорожно-климатических зонах.

Традиционные методы регулирования водно-теплового режима (морозозащитные слои, устраиваемые из непучинистых грунтов и материалов, дренирующие слои из кондиционных зернистых материалов с водоотводящими устройствами и др.) следует проектировать согласно Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-83, утвержденной Минтрансстроем СССР и согласованной Госстроем СССР.

В Пособии рассматриваются вопросы проектирования: морозозащитных слоев из некондиционных песков (слабопучинистых песчаных грунтов); теплоизолирующих слоев на участках дорог, где возвышение поверхности покрытия над уровнем поверхностных и грунтовых вод, верховодки и над поверхностью земли менее нормативных величин; дренирующих слоев из зернистых материалов с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут, работающих по принципу поглощения; гидроизолирующих, дренирующих и капилляропрерывающих прослоек; специальных поперечников земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы) и конструкции земляного полотна с повышенной плотностью грунтов.

Указанные мероприятия предназначены для применения в районах с сезонным промерзанием грунтов во II и III дорожно-климатических зонах, а конструкции земляного полотна с повышенной плотностью грунтов также в IV и V зонах.

Проектирование следует проводить на основе прогноза основных водно-тепловых процессов в земляном полотне, которые влияют на круглогодичные изменения плотности и влажности многослойных грунтов рабочего слоя и основания насыпи или выемки при эксплуатации дороги.

Пособие разработано СоюздорНИИ (д-р техн. наук В.И. Рувинский, д-р техн. наук, проф. В.Д. Казарновский, канд. техн. наук В.М. Смирнов, М. Дуйшеналиев, инженеры В.И. Зубкова, С.В. Черняев) при участии Ленинградского филиала СоюздорНИИ (д-р техн. наук, проф. М.Б. Корсунский, канд. техн. наук Ю.М. Васильев); Среднеазиатского филиала СоюздорНИИ (канд. техн. наук О.А. Сяпич); Союздорпроекта (канд. техн. наук В.Д. Браславский); МАДИ (д-р техн. наук, проф. А.Я. Тулаев, канд. техн. наук Н.В. Быстров, В.И. Куканов); ВСЕГИНГЕО (канд. геол.-минерал. наук С.М. Семенов).

Общее редактирование выполнено д-ром техн. наук В.И. Рувинским.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В районах сезонного промерзания грунтов на дорогах I - IV категорий с жесткими и нежесткими дорожными одеждами, находящихся в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, наряду с обеспечением требуемой прочности следует предусматривать противопучинные мероприятия, гарантирующие достаточную морозоустойчивость дорожной одежды и земляного полотна.

Не требуется специальных противопучинных мероприятий при земляном полотне, отвечающем трем основным требованиям:

возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод и над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 сут) стоящих поверхностных вод не менее нормативных величин (СНиП 2.05.02-85);

рабочий слой в пределах ²/₃ глубины промерзания, но не менее 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубину 1 м асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на 1 и 0,8 м соответственно в III дорожно-климатической зоне состоит из непучинистых или слабопучинистых грунтов;

степень уплотнения грунтов рабочего слоя не менее нормативных величин (СНиП 2.05.02-85).

Не требуется специальных противопучинных мероприятий также в районах с глубиной промерзания менее 0,6 м.

1.2. При невозможности или нецелесообразности выполнения указанных требований должны быть предусмотрены противопучинные мероприятия:

устройство морозозащитного слоя;

регулирование водно-теплового режима земляного полотна с помощью гидроизолирующих, дренирующих, капилляропрерывающих прослоек и теплоизолирующих слоев;

укрепление и улучшение грунта рабочего слоя с использованием вяжущих, гранулометрических добавок и др.;

понижение уровня подземных вод с помощью дренажа;

применение специальных поперечников земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы).

Для устройства морозозащитных слоев нужно применять песчано-гравийные (песчано-щебеночные) смеси и пески, а на дорогах I - III категорий также укрепленные грунты II и III классов прочности (СНиП 2.05.02-85) и другие непучинистые материалы. Относительная величина их морозного пучения не должна превышать 1 %.

Для морозозащитных слоев дорожных одежд можно допускать без дополнительных испытаний пески по ГОСТ 8736-85, содержащие зерна размером менее 0,14 мм, не более 25 % по массе, пылевидно-глинистых частиц не более 5 %, в том числе глинистых частиц для природного песка не более 0,5 % и для дробленого - не более 1 % по массе. Коэффициент фильтрации при максимальной плотности должен быть не менее 1 м/сут.

Для морозозащитных слоев, устраиваемых на всю ширину земляного полотна, допускается применять некондиционные пески (слабопучинистые песчаные грунты), которые удовлетворяют требованиям по величине коэффициента пучения и сдвиговым характеристикам, устанавливаемым расчетом на прочность и морозоустойчивость дорожной одежды, и имеют коэффициент фильтрации не менее 0,2 м/сут.

Расчет толщины морозозащитных слоев, устраиваемых из непучинистых материалов и грунтов, следует проводить по Инструкции ВСН 46-83. Расчет толщины морозозащитных слоев из некондиционных песков (слабопучинистых песчаных грунтов) нужно проводить согласно настоящему Пособию.

Во всех случаях толщину морозозащитного слоя из некондиционных песков следует принимать не менее 0,2 м.

Для устройства теплоизолирующих слоев могут быть применены полимерные материалы (пенопласты); легкие бетоны, в которых содержатся пористые заполнители (керамзит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченный пенопласт); металлургические шлаки, золошлаковые смеси, обработанные цементом, битумом или битумной эмульсией, и другие теплоизоляционные материалы, удовлетворяющие требованиям к дорожно-строительным материалам соответствующих нормативных документов.

На участках дорог, удовлетворяющих требованиям СНиП 2.05.02-85, в части возвышения поверхности покрытия над поверхностью земли и уровнем поверхностных и грунтовых вод и верховодки следует проектировать теплоизолирующие слои по Инструкции ВСН 46-83; в остальных случаях - согласно настоящему Пособию.

Для устройства гидроизолирующих прослоек могут быть применены полиэтиленовая пленка, стабилизированная 2 % канальной сажи толщиной не менее 0,2 мм, изол и другие материалы, а для устройства дренирующих и капилляропрерывающих прослоек - нетканые синтетические материалы, удовлетворяющие требованиям, изложенным в настоящем Пособии.

Укрепление грунта рабочего слоя с использованием вяжущих следует проводить согласно Инструкции ВСН 46-83.

Понижение уровня подземных вод с помощью дренажа нужно проектировать согласно «Типовым проектным решениям 503-0-43. Дренажные устройства земляного полотна автомобильных дорог общей сети Союза ССР».

Специальные поперечники земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы) следует проектировать согласно изложенному в настоящем Пособии.

При сохранении стабильной плотности и влажности грунтов во II и III дорожно-климатических зонах допускается при обосновании более значительное уплотнение верхней части рабочего слоя земляного полотна для использования в качестве нижнего конструктивного слоя дорожной одежды.

В IV и V зонах при проектировании земляного полотна следует рассматривать вопрос о повышении плотности грунтов по сравнению с нормами при соответствующем технико-экономическом обосновании и при условии защиты связного набухающего грунта от доувлажнения в процессе эксплуатации. Для V зоны следует предусматривать повышение степени уплотнения (до 1 - 1,05) верхней части рабочего слоя толщиной 0,2 - 0,3 м. То же следует предусматривать на дорогах I категории во всех дорожно-климатических зонах.

Проектирование конструкций земляного полотна с повышенной плотностью грунтов нужно проводить согласно настоящему Пособию.

1.3. На участках земляного полотна из глинистых грунтов и пылеватых песков следует предусматривать дренирующие слои с водоотводящими устройствами при основаниях и дополнительных слоях, выполненных из традиционных зернистых (пористых) материалов, в следующих случаях:

во II дорожно-климатической зоне при всех типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. прил. 1 настоящего Пособия);

в III дорожно-климатической зоне при 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя, а также при 1-м типе - в районах 2 (III) - 5 (III) (см. табл. 2 Пособия);

в IV и V зонах при 3-м типе увлажнения рабочего слоя.

Дренирующий слой можно не устраивать на участках дорог с морозозащитным слоем из слабопучинистых песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 0,2 м/сут, в котором может разместиться вся поступающая вода без снижения прочности дорожной одежды.

Необходимость устройства дренирующих слоев на участках дорог, где основания или дополнительные слои дорожной одежды выполнены из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими, устанавливается расчетом на осушение. Когда такие дренирующие слои не предусматриваются, следует устраивать дренирующие прослойки из нетканых синтетических материалов.

Для устройства дренирующих слоев с водоотводящими устройствами следует использовать гравий, песок и другие зернистые материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Для устройства дренирующего слоя в насыпях только на ширину проезжей части и в выемках, особенно при 3-м типе увлажнения рабочего слоя, следует использовать материалы, имеющие коэффициент фильтрации более 2 м/сут.

Коэффициент фильтрации дренирующего материала нужно определять прибором СоюздорНИИ при максимальной плотности материала, установленной методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-77.

За исключением гравия и природного песка, следует определять коэффициент фильтрации на образцах, которые прошли 10 циклов замораживания-оттаивания в водонасыщенном состоянии при температуре минус 10 °С и минус 5 °С соответственно для II и III дорожно-климатических зон. Испытания проводят в формах, в которых зернистый материал уплотняют до требуемой плотности, заливают водой и подвергают замораживанию-оттаиванию.

Толщину дренирующего слоя с водоотводящими устройствами и необходимый коэффициент фильтрации материала следует устанавливать расчетом по Инструкции ВСН 46-83 в зависимости от количества воды, поступающей в основание проезжей части, способа ее отвода, длины фильтрации и других факторов.

Допускается применять дренирующие грунты с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут. В этом случае дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за расчетный период. Расчет толщины дренирующего слоя по принципу поглощения нужно проводить согласно настоящему Пособию.

Во всех случаях толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,2 м.

При наличии дренирующего слоя над морозозащитным слоем последний можно устраивать из некондиционных песков с коэффициентом фильтрации менее 0,2 м/сут при условии, что этот грунт удовлетворяет требованиям по величине коэффициента пучения и сдвиговым характеристикам. То же при устройстве дренирующей прослойки из нетканых синтетических материалов над морозозащитным слоем при условии, что интенсивность стока воды по порам холста не менее интенсивности поступления воды в прослойку.

1.4. Мероприятия по регулированию водно-теплового режима проектируют исходя из условия обеспечения прочности и морозоустойчивости дорожной одежды при намеченной конструкции земляного полотна. Необходимые для расчета на прочность данные о максимальной величине влажности и минимальном значении плотности грунта, которые можно ожидать в период между капитальными ремонтами дорожной одежды, следует устанавливать согласно настоящему Пособию. Сам расчет на прочность дорожной одежды проводят по Инструкциям Минтрансстроя СССР ВСН 46-83 и ВСН 197-83.

Расчет дорожной одежды на морозоустойчивость изложен в настоящем Пособии. Этот расчет должен предусматривать определение суммарной величины пучения грунтов в зоне промерзания под дорожной одеждой, включая установление пучения: некондиционного песка морозозащитного слоя, глинистого грунта насыпи, грунта с ненарушенной структурой под подошвой насыпи или в основании выемки, а также грунта над и под прослойками из дренирующих, капилляропрерывающих и гидроизоляционных материалов. При этом следует принимать в качестве расчетных среднемноголетнее значение и наибольшую величину пучения этих грунтов в период между капитальными ремонтами дорожной одежды. Морозоустойчивость дорожной одежды обеспечивается, когда поднятие покрытия проезжей части в результате пучения грунтов в зимний период не превышает допустимых значений, приведенных в п. 1.8.

Указанные величины влажности, плотности и пучения грунтов нужно определять по результатам прогноза водно-теплового режима земляного полотна для трех лет: года с наиболее холодной и года с наиболее теплой зимой повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и для среднемноголетнего года по величине сумм отрицательных градусо-суток температур воздуха. Необходимые для этого прогноза значения климатических параметров, характеризующих ход температуры воздуха в указанные годы, следует принимать по табл. 8 или по данным наблюдений метеослужбы согласно прил. 3 настоящего Пособия.

Значения плотности, влажности и пучения грунтов, входящих в расчет дорожной одежды, нужно устанавливать с учетом влияния на эти величины трех источников увлажнения: атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин; поверхностных вод, застаивающихся вблизи дороги на участках с необеспеченным поверхностным стоком; грунтовых вод и верховодки. В зависимости от влияния этих источников увлажнения на указанные характеристики грунта различают три типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна согласно прил. 1 настоящего Пособия. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность откосов насыпи, можно не учитывать при расчете дорожной одежды.

1.5. Разработку конструкций земляного полотна следует начинать с установления высоты насыпи или глубины выемки по условиям рельефа местности, застройки территории, ценности сельскохозяйственных земель, обеспечения снегонезаносимости дороги, безопасности движения и вписывания дороги в ландшафт. При установленных значениях высоты насыпи или глубины выемки необходимо определить тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна согласно прил. 1 настоящего Пособия. Затем нужно разработать варианты мероприятий по регулированию водно-теплового режима исходя из типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна, грунтово-гидрологических и климатических условий, рельефа местности, наличия дорожно-строительных материалов и планируемых темпов строительства. В качестве вариантов мероприятий следует предусматривать устройство специальных поперечных профилей (уположенные откосы, бермы), повышение или понижение высоты насыпи по сравнению с первоначально намеченной величиной, устройство морозозащитных и дренирующих слоев из некондиционных песков и теплоизолирующих слоев из различных материалов, дренирующих и капилляропрерывающих прослоек из нетканых синтетических материалов, гидроизолирующих прослоек из различных материалов, а также устройство слоев земляного полотна с повышенной плотностью грунтов.

1.6. Перед прогнозом водно-теплового режима земляного полотна необходимо предварительно наметить конструкцию дорожной одежды по условиям прочности. В этом случае в расчет дорожной одежды нужно включать значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепление грунта, влажность которого равна полной капиллярной влагоемкости, соответствующей требуемой плотности этого грунта при строительстве дороги. Величину полной капиллярной влагоемкости грунта нужно устанавливать экспериментально или принимать по данным расчетов согласно п. 2.2 Пособия.

При предварительно намеченной конструкции дорожной одежды и выбранном варианте мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна следует установить значения плотности, влажности и пучения грунтов, которые они будут иметь в процессе эксплуатации дороги.

Для прогноза этих величин последовательно определяют: приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания земляного полотна (см. п. 2); расчетные положения горизонта грунтовых вод в случае 3-го типа увлажнения рабочего слоя (см. разд. 3); эпюры влажности грунтов перед их промерзанием (см. разд. 4 и 7); температурное поле земляного полотна в зимний период (см. разд. 5); влажность, плотность, пучение и усадку грунтов при промерзании земляного полотна, а также осадку грунтов в весенний период (см. разд. 6); приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин, и от поверхностных и грунтовых вод в период оттаивания земляного полотна весной, а также влажность и плотность грунтов в этот период (см. разд. 2 и 6); влажность, плотность и усадку грунтов в летний период (см. разд. 6). Для западных районов (западнее линии Нарва - Псков - Смоленск - Орел - Воронеж) II - III дорожно-климатических зон необходимо дополнительно учитывать поступление воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин в период зимних оттепелей (см. разд. 2).

При проведении расчетов водно-теплового режима земляного полотна следует принимать в качестве исходной влажность грунта перед началом осеннего периода влагонакопления. При 1-м и 2-м типах увлажнения эту величину можно принимать равной оптимальной влажности; то же, при 3-м типе увлажнения рабочего слоя в случае расположения этого слоя выше зоны капиллярной каймы над горизонтом грунтовых вод в летний период (см. разд. 3 и 4). При расположении рабочего слоя земляного полотна в зоне капиллярной каймы исходная влажность грунта определяется расчетом (см. разд. 4).

При проведении расчетов водно-теплового режима необходимо учитывать круглогодичные изменения плотности грунтов земляного полотна в процессе эксплуатации дороги. Для грунтов под проезжей частью и обочинами можно не учитывать величину их набухания в осенний период.

Первоначально в расчет водно-теплового режима необходимо вводить требуемую плотность грунта при строительстве дороги. Для грунтов естественного основания в расчет включают их плотности, установленные при изыскании дороги. При отсутствии таких данных допускается принимать значения плотности скелета грунта естественного основания равными: 0,9 от максимальной плотности для песков, супеси и пылеватых суглинков и 0,95 от максимальной плотности по методу стандартного уплотнения для непылеватых суглинков и глин.

Расчетные значения влажности, плотности и пучения грунта, полученные при этих исходных данных, являются искомыми при условии восстановления первоначальной плотности грунта в летний период.

При величине плотности грунта после его усадки в летний период менее требуемой плотности при постройке дороги следует ожидать разуплотнения грунта земляного полотна. В этом случае, нужно повторить расчет, включая в него в качестве исходной плотности грунта значение плотности, полученное для летнего периода года. При необходимости расчет нужно повторять до тех пор, пока суммарная величина осадки грунта весной и его усадки летом не будет равна величине пучения этого грунта в зимний период.

В этом случае в качестве расчетных следует принимать максимальное значение влажности и минимальное значение плотности грунта и наибольшую величину его пучения, которые могут иметь место в период разуплотнения грунта.

1.7. При расчетных значениях плотности и влажности грунта необходимо экспериментально установить или определить по Инструкции ВСН 46-83 прочностные и деформационные характеристики: модуль упругости, угол внутреннего трения и сцепления этого грунта. С учетом этих характеристик следует уточнить по прочности конструкцию дорожной одежды. Данный вариант заканчивают составлять при толщине дорожной одежды, полученной расчетом на прочность, которая равна или меньше величины, рассчитанной по морозоустойчивости. Если это условие не удовлетворено, то следует изменить конструкцию дорожной одежды или выбрать другие методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и повторить расчет на прочность и морозоустойчивость.

1.8. Для обеспечения морозоустойчивости дорожной одежды необходимо, чтобы ожидаемая величина пучения грунтов для среднемноголетнего года по условиям промерзания не превышала допустимого значения. Для монолитных покрытий капитального типа нужно также ограничивать ожидаемую величину пучения грунтов повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

По продольному профилю трассы дороги следует выделять участки с однородным и неоднородным залеганием грунтов по степени неравномерности их пучения. К однородным нужно относить участки с грунтом одной разновидности или разных разновидностей, при горизонтальном залегании слоев грунта в зоне промерзания под подошвой насыпи или основания выемки. Допустимое значение поднятия проезжей части надо определять в зависимости от типа покрытия дорожной одежды и характера залегания грунтов.

Пучение грунтов существенно не влияет на ровность покрытия и долговечность дорожной одежды, если поднятие проезжей части в зимний период не превышает допустимых значений по формулам:

h_{пуч(осн)} ≤ h_пуч/3l_доп = l_доп(о);                                                       (1)

при

h_{пуч(осн)} > h_пуч/3               (2)

где h_{пуч(осн)} - ожидаемое пучение грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки, см; h_пуч - ожидаемое суммарное пучение грунтов под дорожной одеждой, см; l_доп - допустимая величина поднятия покрытия проезжей части, см; l_доп(о) - допустимая величина поднятия покрытия проезжей части при однородном залегании грунтов, см; K_усл - коэффициент, учитывающий условия залегания грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки.

В расчет следует включать следующие значения l_доп(о) см:

Капитальная одежда:

цементобетонное монолитное покрытие................... 3 (4,5)

сборное покрытие......................................................... 4

асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая

смесь марок I и II........................................................... 4 (6)

Облегченная одежда:

асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая

смесь марки III............................................................... 6

Переходная одежда...................................................................... 10

Значения l_доп(о) без скобок нужно применять при включении в расчет величины пучения, подсчитанной для среднемноголетнего года по условиям промерзания; значения в скобках - для года повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

В зависимости от характера залегания грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки необходимо включать в расчет следующие значения коэффициента K_усл:

однородное залегание грунтов.................................................................................... 1

неоднородное залегание грунтов при 1-м типе увлажнения рабочего слоя.......... 1,5

то же, при 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя............................................ 2

В восточных районах II - III дорожно-климатических зон значения l_доп следует увеличивать на 20 - 40 % (большее значение - для облегченных и переходных дорожных одежд).

1.9. При оценке вариантов мероприятий по регулированию воднотеплового режима земляного полотна следует принимать в качестве основного критерия минимальные за срок сравнения приведенные затраты, которые представляют собой сумму приведенных капитальных вложений в дорожное строительство, транспортных расходов и расходов на эксплуатацию дороги.

2. ПРИТОК ВОДЫ В ГРУНТ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ

2.1. Приток воды в грунт от атмосферных осадков следует устанавливать для трех периодов. Первый начинается осенью с момента влагонакопления в земляном полотне и заканчивается зимой при устойчивом промерзании грунта; второй имеет место при оттаивании грунтов под проезжей частью и обочинами во время зимних оттепелей; третий начинается весной с момента оттаивания рабочего слоя земляного полотна и заканчивается при превышении испарения воды над величиной впитывания осадков.

Прогнозировать приток воды в грунт в первый и третий периоды увлажнения следует для расчетного года с наибольшей суммарной продолжительностью выпадения осадков с периодичностью повторения одни раз за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды. Прогнозировать приток осадков в грунт во второй период увлажнения нужно для года со среднемноголетней суммарной продолжительностью выпадения осадков (в виде дождя и снега) в течение зимы.

2.2. Для расчета притока воды в грунт необходимы следующие данные:

типы покрытия проезжей части и укрепления обочин, а также размеры конструктивных элементов дороги: ширина проезжей части и обочин, продольный уклон дороги, поперечный уклон проезжей части и обочин (проектные данные);

характеристика грунтов земляного полотна: коэффициент фильтрации, полная капиллярная влагоемкость, влажность на границе текучести и оптимальная влажность. При ориентировочных расчетах - коэффициент уплотнения грунта и оптимальная влажность;

метеорологические факторы в последний месяц осени *;

количество осадков и число дождей, суммарная продолжительность выпадения осадков и дефицит влажности воздуха заданной обеспеченности, среднемесячные значения интенсивности дождя и скорости ветра;

метеорологические факторы в первый месяц весны (такие же, как и в последний месяц осени);

метеорологические факторы в зимний период: количество осадков, число дождей и суммарная продолжительность осадков, выпадающих в виде дождя, за каждый месяц зимы по среднемноголетним данным. Допускается определять суммарную продолжительность осадков, выпадающих в виде дождя, и число дождей по формуле (3) и табл. 1. Для этого необходимы данные о суммарной продолжительности осадков, выпадающих в виде дождя и снега за каждый месяц зимы, и значения среднемесячных температур воздуха зимой по среднемноголетним данным.

Таблица 1

Для зимы суммарная продолжительность осадков за месяц T_д, мин, выпадающих в виде дождя, устанавливается по формуле

T_д = T_{д, сн}[1 - (50 - K_д)/100],                                            (3)

где T_{д, сн} - суммарная продолжительность осадков за месяц, выпадающих в виде дождя и снега, по среднемноголетним данным, мин; K_д - коэффициент, 1/°С;  - среднемесячная температура воздуха (со знаком минус), °С.

Величину коэффициента K_д и число дождей зимой m_д следует устанавливать по табл. 1 в зависимости от среднемесячной температуры воздуха.

Значение капиллярной влагоемкости грунта (W_кв, доли единицы) можно принимать равной полной влагоемкости (W_пв, доли единицы) минус величина V_возд, которую определяют по табл. 2.

Таблица 2

Для песков мелких и пылеватых принимают те же значения V_возд, что и для глинистых грунтов при W_L = 20 % (где W_L - влажность на границе текучести и K_у - коэффициент уплотнения грунта);

W_п.в = (ρ_гр - ρ_ск)ρ_в/(ρ_грρ_ск),                                           (4)

где ρ_гр, ρ_ск, ρ_в - соответственно плотность частиц грунта, скелета грунта и воды, кг/м³.

При расчете по формуле (4) можно использовать осредненные значения плотности частиц грунта ρ_гр, кг/м³, приведенные ниже:

Песок мелкий и пылеватый.......................................... 2650

Пылевая супесь.............................................................. 2660

Легкая супесь................................................................. 2680

Легкий пылеватый суглинок........................................ 2690

Легкий суглинок............................................................ 2700

Тяжелый суглинок......................................................... 2710

Пылеватая глина............................................................ 2720

Жирная глина................................................................ 2740

При установлении характерных участков дороги для расчета притока воды в земляное полотно необходимо учитывать подразделение территории II и III дорожно-климатических зон СССР на 5 районов по условиям увлажнения осадками (табл. 3). В основу районирования положены среднемноголетние значения дефицита влажности воздуха и осадков, выпавших в первый весенний и последний осенний месяцы.

Таблица 3

При расчете притока воды в грунт можно использовать метеорологические данные, приведенные в табл. 4 для указанных районов по условиям увлажнения осадками.

Таблица 4

2.3. Приток воды в грунт в первый период увлажнения атмосферными осадками следует определять по формулам:

q'_{атм(пр.ч)} = 10^-3а_прH'_{вп(пр.ч)};                                                  (5)

q'_атм(об) = 10^-3а_пр(H'_вп(об) - H'_исп(об)),                                         (6)

где q'_{атм(пр.ч)} - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания грунта, м³ на 1 м²; q'_атм(об) - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания грунта, м³ на 1 м²; а_пр - коэффициент, учитывающий дополнительный приток воды, поступающей в грунт до и после расчетного месяца, безразмерная величина, а_пр = 1,3; H'_{вп(пр.ч)} и H'_вп(об) - количество воды, впитывающейся в последний осенний месяц расчетного года в грунт земляного полотна соответственно под проезжей частью и на обочинах, мм; H'_исп(об) - количество воды, испаряющейся из грунта земляного полотна на обочинах в последний осенний месяц расчетного года, мм; ω_гр - площадь, м² (ω_гр = 1 м²).

Приток воды во второй период увлажнения атмосферными осадками допускается определять (с запасом) по формулам:

q"_{атм(пр.ч)} = 10^-3H"_{вп(пр.ч)};                                                       (7)

q"_атм(об) = 10^-3H"_вп(об),                                                         (8)

где q"_{атм(пр.ч)} - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в период зимних оттепелей, м³ на 1 м²; q"_атм(об) - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин и от стока воды с проезжей части на обочину в период зимних оттепелей, м³ на 1 м²; H"_{вп(пр.ч)} и H"_вп(об) - количество воды, впитывающейся в грунт соответственно под проезжей частью и обочиной в течение месяца, который характеризуется наибольшей суммарной продолжительностью выпадения осадков в виде дождя, мм.

Приток воды в грунт в третий период увлажнения атмосферными осадками следует определять по формулам:

q"'_{атм(пр.ч)} = 10^-3H"'_{вп(пр.ч)};                                                          (9)

q"'_атм(об) = 10^-3(H"'_вп(об) - H"'_исп(об)),                                        (10)

где q"'_{атм(пр.ч)} - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части весной в период оттаивания грунта, м³ на 1 м²; q"'_атм(об) - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину весной в период оттаивания грунта, м³ на 1 м²; H"'_{вп(пр.ч)} и H"'_вп(об) - количество воды, впитывающейся в первый весенний месяц расчетного года в грунт земляного полотна соответственно под проезжей частью и на обочинах, мм; H"'_исп(об) - количество воды, испаряющейся из грунта земляного полотна на обочинах в первый весенний месяц расчетного года, мм.

2.4. Впитывание воды в грунт следует определять за последний осенний и первый весенний месяцы, а в районах с частыми оттепелями - и для зимнего месяца с наибольшей величиной T_д.

Последовательность расчета впитывания воды

Суммарную величину смачивания поверхности проезжей части и обочин H_см, мм, определяют по формулам:

*                                      (11)

* При расчете следует иметь в виду, что под знаком корня не показан коэффициент, равный единице, увязывающий принятые размерности.

H_см ≤ m_дmaxh_см,                                                           (12)

где а_см, maxh_см - показатели смачивания поверхности проезжей части и обочин, мм; m_д - число дождей расчетной повторяемости; d - дефицит влажности воздуха той же повторяемости, гПа; T_д - продолжительность дождя той же повторяемости, мин; T - продолжительность расчетного периода (месяца), мин.

Значения показателей смачивания поверхности проезжей части и обочин приведены ниже:

Покрытие:                                              а_см               maxh_см

                                                         мм                  мм

асфальтобетонное                         0,01                 0,5

цементобетонное                          0,02                 1,0

Грунтовая обочина:

оголенная                                       0,04                 1,5

с травяным покровом средней

густоты                                           0,10                 3,0

с густым травяным покровом      0,15                 4,0

Для обочин, укрепленных щебнем или песчано-гравийной смесью, значения показателей смачивания принимают те же, что для оголенной грунтовой поверхности.

Величину H_см устанавливают для первого и третьего периодов увлажнения атмосферными осадками, для второго периода H_см = 0.

Суммарное количество воды, впитывающейся в покрытие H_вп(о), мм, определяют по формуле

                             (13)

** При расчете следует иметь в виду, что под знаком логарифма, входящего в показатель степени, не показан коэффициент, равный единице, увязывающий принятые размерности.

где a_о - показатель водопроницаемости покрытия (для асфальтобетонных покрытий, находящихся в удовлетворительном состоянии, a_о = 0,003, для цементобетонных a_о = 0,013 мм); b_о - коэффициент, учитывающий степень заполнения влагой швов, микротрещин и пор бетонного камня перед дождем (для осеннего и зимнего периодов b_о = 80; для весеннего b_о = 100 мин/мм); i_д - средняя интенсивность дождя, мм/мин; t_вп(о) - продолжительность впитывания воды в покрытие, мин

t_вп(о) = (i_дT_д - H_{см(пр.ч)})/(i_дm_д),                                       (14)

H_{см(пр.ч)} - суммарная величина смачивания поверхности проезжай части, мм, определяемая по формулам (11) и (12).

При возникновении трещин в асфальтобетонном покрытии следует принимать значение коэффициента а₀ таким же, как для цементобетонного покрытия.

Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна под проезжей частью H_{вп(пр.ч)}, мм, вычисляют по выражениям:

при  ≥ A_одH_вп(о)                                                      (15)

Н_{вп(пр.ч)} = A_одH_вп(о);

при  < A_одH_вп(о)                                                      (16)

Н_{вп(пр.ч)} = ,

где  - количество воды, которое может впитаться в грунт, покрытый водой, в течение всего рассматриваемого периода, мм (см. разд. 4); A_од - коэффициент, учитывающий испарение воды из дорожной одежды и нижележащего грунта и аккумуляцию влаги в слоях дорожной одежды в рассматриваемый период.

При расчете впитывания за месяц могут быть приняты приведенные ниже значения коэффициента A_од в зависимости от дефицита влажности воздуха d, гПа:

d                0                  1               2                  3              4

A_од            1,0               0,7            0,3               0,2           0,1

Интенсивность поступления воды на обочину i_п.в, мм/мин, определяется по формуле

                                                        (17)

где  - ширина односкатной или половины двускатной проезжей части по направлению стока воды, м;  - ширина обочины по направлению стока воды, м; i_ст(о) - интенсивность стока воды с проезжей части на обочину, мм/мин.

Допускается принимать  = b и  = a, где b и a соответственно ширина односкатной или половины двускатной проезжей части и ширина обочины, м;

i_ст(о) = i_д - H_вп(о)/(m_дt_вп(о)).                                             (18)

Коэффициент впитывания воды в грунт земляного полотна (безразмерная величина) рассчитывают по выражению

                                (19)

где K_ф - коэффициент фильтрации, м/сут; W_L - влажность на границе текучести грунта, доли единицы; W_опт - оптимальная влажность грунта, доли единицы; w_к.в - капиллярная влагоемкость грунта, доли единицы; 0,6 и 30 - значения коэффициентов, увязывающих принятые размерности.

При ориентировочных расчетах можно определять величину коэффициента C по номограмме рис. 1.

Интенсивность впитывания воды в грунтовые обочины i_вп, мм/мин, составит:

i_п.в ≤ 0,02C

при                                                       i_вп = i_п.в;                                                              (20)

i_п.в > 0,02C

*                                         (21)

* При расчете следует иметь в виду, что перед вторым членом уравнения, а также под знаком логарифма не показаны коэффициенты, равные единице, увязывающие принятые размерности.

где 0,02 - интенсивность впитывания в грунт, принятая за эталон в момент появления стока воды в микрорусловой системе площадки, мм/мин; φ(l) - функция уклона поверхности, приведенная в табл. 5.

Рис. 1. Номограмма для определения коэффициента впитывания (цифры на кривых - коэффициенты уплотнения грунта)

1 - супеси; 2 - суглинки и глины

Для облегчения расчета интенсивность впитывания можно определять по номограмме рис. 2 методом подбора. Для этого при заданном значении интенсивности стока воды с обочины i_ст, мм/мин, устанавливают по графику величину I_вп, мм/мин. Затем вычисляют величину i_вп по формулам:

i_вп = (I_вп + 0,02)C и i_вп = i_п.в - i_ст.

При равенстве обоих значений i_вп подбор закончен.

Таблица 5

Рис. 2. Номограмма для определения интенсивности впитывания

Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна на обочинах H_вп(об), мм, следует устанавливать по формуле

                      (22)

где A_укр - коэффициент, учитывающий влияние типа укрепления обочин на количество впитывающейся в грунт воды (значения приведены в табл. 6); H_см(об) - суммарная величина смачивания поверхности обочины, мм, определяемая по формулам (11) и (12).

2.5. Испарение воды из грунта земляного полотна следует определять за последний осенний и первый весенний месяцы расчетного года. Величина испарения через обочины H_исп(об), мм, определяется по выражению

H_исп(об) = B_укрi_испT_исп,                                                    (23)

где B_укр - коэффициент, учитывающий влияние типа укрепления обочин на процесс испарения (см. табл. 6); i_исп - интенсивность испарения воды через неукрепленные (грунтовые) обочины, мм/мин;

i_исп = 25×10^-5dlg(1 + 80/d)(1 + 0,15υ)*;                                 (24)

* При расчете следует иметь в виду, что в формуле не показаны коэффициенты равные единице, увязывающие принятые размерности.

υ - скорость ветра, м/с (υ ≤ 5 м/с); T_исп - продолжительность периода испарения, мин:

T_исп = T - T_д.                                                                 (25)

Таблица 6

3. РАСЧЕТНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ГРУНТОВЫХ ВОД

3.1. В качестве расчетных горизонтов грунтовых вод следует принимать их наивысшие уровни весной и осенью, а при наличии данных и в конце зимы, в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и среднемноголетнее положение в летний период. При наличии верховодки за расчетный уровень этих вод принимают верхнюю линию оглеения грунтов.

Гидрогеологический прогноз осуществляют на базе многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод по опорной наблюдательной сети Министерства геологии СССР и других ведомств, а также данных наблюдений за период изысканий. Обязательны региональные оперативные прогнозы режима грунтовых вод, составляемые ВСЕГИНГЕО.

При наличии многолетних (не менее 20 лет) наблюдений за режимом грунтовых вод определение расчетных уровней начинают с формирования на базе имеющихся рядов наблюдений выборок, состоящих из уровней грунтовых вод в рассматриваемый сезон года, например на период промерзания зоны аэрации.

Расчетные наивысшие уровни следует определять по кривой обеспеченности, построенной графически на клетчатке вероятностей.

Если ряд наблюдений включает менее 20 лет, то нужно его удлинять по данным о пункте-аналоге или по гидрометеорологическим факторам.

Аналог является эффективным и связь считается удовлетворительной для удлинения, если уравнение связи отвечает критериям Фишера и критерию Стьюдента, а коэффициенты парной или множественной корреляции являются существенно значимыми.

3.2. При отсутствии многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод расчетные уровни можно определять, используя разовые замеры в период изысканий:

H_j(max) = H_j - (1 -