Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог
ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ
ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
И ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПРОЧНОСТИ И МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
НА ПУЧИНИСТЫХ УЧАСТКАХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
РАЗРАБОТАНЫ ОАО Гипродорнии, ГП Росдорнии
Типовые решения по восстановлению несущей способности земляного полотна и обеспечению прочности и морозоустойчивости дорожной одежды на пучинистых участках автомобильных дорог разработаны в соответствии с заданием Федеральной автомобильно-дорожной службы России (в настоящем Российское дорожное агентство).
Настоящие типовые решения предназначены для использования при ремонте или реконструкции пучинистых участков автомобильных дорог с одеждами нежесткого типа в районах сезонного промерзания грунтов на территории Российской Федерации. Типовые решения разработаны с учетом действующих нормативных документов, методических указаний и рекомендаций. В настоящей работе использованы типовые строительные конструкции ранее разработанных типовых проектов. В типовые решения вошли конструкции и мероприятия, проверенные временем, зарекомендовавшие себя при эксплуатации дорог и наиболее эффективные при выполнении затрат.
В данных типовых решениях в первую очередь рассматриваются вопросы снижения влажности грунтов земляного полотна как одной из основных причин пучинообразования с помощью дренажа, гидроизоляции и совершенствования конструкций. Представлены также конструкции с морозозащитными и теплоизолирующими слоями и армирующими прослойками для обеспечения морозоустойчивости дорожной одежды и усиления несущей способности земляного полотна на пучинистых участках автомобильных дорог.
Исходными данными для выбора и разработки противопучинных мероприятий являются результаты обследования пучинистых участков, методика выявления и обследования которых описана ниже.
Типовые решения разработаны Гипродорнии и Росдорнии при участии д-ра техн. наук Рувинского В.И. (Союздорнии). В разработке типовых решений принимали участие: канд. техн. наук Перков Ю.Р. и Смуров Н.М., инж. Дугин Л.В. и Березняк В.А.
В работе использованы отдельные материалы исследований канд. техн. наук Пшеничниковой Е.С. (Союздорнии).
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Проектирование мероприятий по ремонту (реконструкции) пучинистых участков дороги следует начинать с установления требований по прочности и морозоустойчивости дорожной одежды на таких участках. Для установления этих требований нужно иметь следующую информацию: количество пучинистых участков на 1 км дороги и их суммарную протяженность, коэффициенты прочности дорожной одежды и сроки ее усиления на здоровых (непучинистых) участках дороги. На основе этой информации назначают тип требований к пучинистому участку дороги.
К первому типу относят отдельные участки автодороги, подверженные пучинообразованию и требующие ремонта, которые расположены на дороге, находящейся в удовлетворительном состоянии. В рамках этих требований конструкция дорожной одежды на пучинистом участке должна быть равноценна по прочности и морозоустойчивости конструкции на здоровых участках дороги. В этом случае требуемый модуль упругости дорожной конструкции на пучинистом участке должен быть не менее общего модуля упругости конструкции на соседнем здоровом участке дороги. Пучение грунта в местах сопряжения со здоровым участком дороги должно быть равным значению пучения на этом здоровом участке. Пучение грунта в средней части ремонтируемого (реконструируемого) участка не должно превышать допустимого значения для принятого типа покрытия. Интенсивность изменения величины пучения грунта по длине пучинистого участка не должна превышать допустимого значения. При выполнении этих требований повышается долговечность дорожной одежды и предотвращается появление трещин в покрытии в местах сопряжения со здоровым участком дороги из-за различий в величине пучения грунтов.
В расчет следует включать значение общего модуля упругости дорожной конструкции, полученное по данным испытания на здоровых участках дороги. Ожидаемое значение пучения грунтов на этих участках определяют по номограммам, приведенным ниже.
Ко второму типу относят участки автодороги, подверженные пучинообразованию, которые расположены на дороге, находящейся в неудовлетворительном состоянии и требуется усиление дорожной одежды в ближайшее время. В этом случае требуемый модуль упругости дорожной конструкции на пучинистом участке нужно принимать равным проектному значению общего модуля упругости конструкции на здоровых участках дороги после усиления дорожной одежды. При отсутствии таких данных требуемое значение модуля упругости дорожной одежды на пучинистом участке следует принимать по табл.3.3 ВСН 46-83 «Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа».
Допустимая величина пучения грунтов на пучинистом участке должна быть равна ожидаемой величине пучения грунтов на соседнем здоровом участке дороги после усиления дорожной одежды. При отсутствии таких данных следует принимать допустимую величину пучения грунтов на пучинистом участке с учетом ожидаемой величины пучения грунтов на здоровом участке дороги до усиления дорожной одежды.
Ожидаемую величину пучения грунтов на здоровом (непучинистом) участке дороги определяют по номограммам. Независимо от результатов расчета допустимая величина пучения грунтов на пучинистом участке дороги не должна превышать: 4 см при устройстве дорожной одежды капитального типа с асфальтобетонным покрытием и 6 см при устройстве дорожной одежды облегченного типа с асфальтобетонным покрытием.
При полном переустройстве дорожной одежды с заменой переувлажненных и разуплотненных грунтов на участке ремонта (реконструкции) дороги другим грунтом толщиной не менее 2/3 глубины промерзания земляного полотна и уплотнении этого грунта до нормативной плотности уменьшается неравномерность пучения. В этом случае можно принять допустимую величину пучения грунта равную 6 см при устройстве дорожной одежды капитального типа с асфальтобетонным покрытием.
Неравномерность пучения грунта уменьшается также под влиянием нагрузки от веса вышележащих мерзлых слоев земляного полотна и дорожной одежды. За счет этого можно повысить допустимую величину пучения грунта. Значения повышающих коэффициентов ( ) приведены в табл.5.
1.2. Для установления причин повреждения дорожной одежды на пучинистом участке необходимо провести обследование дороги (методика обследования приведена ниже) и сопоставить между собой конструкцию дорожной одежды и грунтово-гидрологические условия на пучинистом и здоровом участках дороги. При этом необходимо обратить внимание на:
— наличие подземных вод и глубину их залегания от низа дорожной одежды;
— участки с необеспеченным поверхностным стоком с определением расстояния от уреза воды до бровки земляного полотна;
— места с вогнутыми вертикальными кривыми и места уменьшения уклонов на участках с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, где возможно движение воды в дренирующем слое вдоль дороги;
— наличие пучинистых грунтов и глубины их залегания от низа дорожной одежды.
На основе полученной информации следует установить источник переувлажнения грунтов или выявить другие причины повреждения дорожной одежды на пучинистом участке дороги.
1.3. В зависимости от выявленных причин повреждения дорожной одежды на пучинистом участке дороги назначают мероприятия по улучшению водно-теплового режима земляного полотна, к которым относятся:
— устройство по перехвату и отводу воды, поступающей с верховой стороны по слоям дорожной одежды из зернистых материалов, при наличии затяжных продольных уклонов и обратных уклонов (поперечные дрены);
— устройство по устранению влияния поверхностных вод на влажность грунтов рабочего слоя на участках с необеспеченным поверхностным стоком (бермы, уположенные откосы, экраны, кюветы);
— устройство по устранению влияния подземных вод на влажность грунтов рабочего слоя на участках с верховодкой и близким залеганием грунтовых вод (дренажи глубокого заложения, гидроизолирующие и капилляропрерывающие прослойки);
— устройство по уменьшению глубины промерзания земляного полотна (теплоизолирующие слои из пенопласта);
— замена пучинистых грунтов (песком, гравием и другими непучинистыми материалами).
1.4. Величина пучения грунтов на пучинистом участке дороги определяется по данным натурных обследований. Ожидаемую величину пучения с учетом расчетного срока службы дорожной одежды определяют по номограммам, представленным в настоящих типовых решениях. Методика расчета величины пучения по номограммам изложена в разделе 2.3. Для последующих расчетов при проектировании противопучинных мероприятий принимается максимальная величина пучения.
1.5. Для предварительной оценки эффективности того или иного мероприятия приведены коэффициенты снижения пучения для различных дорожно-климатических зон, типов увлажнения и видов грунтов. Значения коэффициентов снижения пучения представлены в таблицах раздела 4.
1.6. При разработке варианта дорожной одежды по условиям прочности он должен быть проверен на морозоустойчивость. Морозоустойчивость обеспечивается в том случае, когда пучение грунтов земляного полотна не превышает допустимой величины. Ожидаемую величину пучения грунтов устанавливают по номограммам в зависимости от местоположения пучинистого участка, конструкции дорожной одежды (наименование и толщина слоев), необходимой по условиям прочности, типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна, глубины залегания расчетного уровня подземных вод от низа дорожной одежды в случае 3-го типа увлажнения, наименования грунта земляного полотна, определяемых по результатам детального обследования дороги.
При превышении величины пучения грунтов допустимого значения следует увеличить толщину покрытия или основания дорожной одежды или ввести в дорожную конструкцию дополнительный слой: морозозащитный или теплоизолирущий. Грунты и материалы, применяемые для устройства этих слоев, выбирают из перечня, приведенного в приложении 7.
1.7. Дорожная одежда на пучинистом участке должна предусматривать устройство дренирующего слоя из зернистых материалов с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут или устройство дренирующей прослойки из геотекстиля толщиной не менее 4 мм и водопроницаемостью 50 м/сут и более.
Дренирующий слой на пучинистых участках проектируют по принципу осушения. На таких участках не допускается устраивать дренирующий слой по принципу поглощения. Вода из-под дорожной одежды должна отводиться путем устройства дренирующих слоев, размещаемых на полную ширину земляного полотна, или с помощью трубчатых дрен за пределы земляного полотна. При устройстве дренирующей прослойки из геотекстильного материала нужно обеспечить выпуски полотнищ на откосы насыпи не менее чем на 0,5 м.
1.8. Проектирование дорожной одежды на пучинистом участке дороги следует проводить в следующем порядке. Нужно определить требуемое значение модуля упругости дорожной конструкции и допустимое значение пучения грунтов на пучинистом участке дороги. Кроме того, нужно установить причины повреждения дорожной одежды на основе результатов обследования дороги. После чего следует назначить мероприятия по устранению этих причин. С учетом этих мероприятий принимают расчетное значение модуля упругости грунтов рабочего слоя земляного полотна.
При проведении мероприятий по восстановлению несущей способности земляного полотна, не затрагивающих самой конструкции существующей дорожной одежды, которое возможно за счет продольного и поперечного водоотвода и защиты рабочего слоя земляного полотна от воды, проектирование мероприятий по обеспечению прочности дорожной одежды следует проводить в соответствии с ВСН 52-89 «Указания по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд». Проектирование новой дорожной одежды следует вести в соответствии с ВСН 46-83 «Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа».
Далее переходят к оценке морозоустойчивости выбранного варианта конструкции дорожной одежды. При ожидаемой величине пучения грунтов, установленной по номограмме, более допустимого значения увеличивают толщину покрытия или основания дорожной одежды или включают в конструкцию морозозащитный или теплоизолирующий слой. Толщину этого слоя вычисляют исходя из того, чтобы пучение грунтов не превышало допустимого значения.
Следует разработать несколько вариантов конструкции дорожной одежды при различных способах регулирования водно-теплового режима земляного полотна. Эти конструкции нужно сравнить между собой по стоимостным показателям, технологичности, наличию потребных дорожно-строительных материалов и требуемым срокам строительства. По результатам такого сравнения вариантов нужно выбрать наиболее подходящую для конкретных условий строительства конструкцию дорожной одежды на пучинистом участке дороги.
2. МЕТОДИКА ВЫЯВЛЕНИЯ И ОБСЛЕДОВАНИЯ УЧАСТКОВ ПУЧИНООБРАЗОВАНИЯ
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1.1. Пучинами называют деформации дорожных одежд и земляного полотна, проявляющиеся зимой во взбугривании и потере ровности покрытия, а в период оттаивания при проезде автомобилей — в проломах одежды, вызванных снижением прочности переувлажненных грунтов.
2.1.2. Внешними признаками пучинистых мест в зимний период являются неравномерное поднятие участков покрытия, образование отдельных бугров или группы бугров на покрытии, развитых по площади проезжей части с различной степенью интенсивности. Значительная часть из них, как правило, имеет сетку трещин, концентрирующуюся у вершины бугров пучения, которые разрушают покрытие на отдельные куски различной величины и формы. Образование пучин может развиваться как по ширине проезжей части, так и вдоль нее. Иногда пучины в большей степени развиваются на обочинах, и их поднятие может оказаться больше чем в зоне проезжей части. В весенний период после схода снега на пучинистых участках могут появляться влажные пятна, наблюдается иногда выход вместе с водой мелких частиц дренирующего слоя или грунта земляного полотна, а также волнообразные колебания дорожной конструкции при наезде транспортных средств. Эти участки имеют, как правило, значительно пониженную прочность и интенсивно разрушаются (образование выбоин, просадок и т.д.).
2.1.3. По относительному превышению пучинистых участков (по сравнению с зоной равномерного пучения) их делят на: бугры, впадины, перепады.
Рис.1. Разновидности пучин:
а — равномерное пучение; б — бугор пучения; в — впадина; г — перепад;
1 — положение дорожной одежды после пучения; 2 — то же, до пучения; , , , — величины соответственно равномерного пучения, бугра пучения, впадин, перепада. Бугром называют вспученный локальный участок. Впадиной называют локальный участок с меньшим по сравнению с равномерным или нулевым поднятием, а границу между двумя зонами равномерного
пучения с разной высотой поднятия — перепадом.
2.1.4. Наиболее пучиноопасными являются насыпи и выемки в пылеватых грунтах. Кроме того, опасны с позиций пучинообразования по:
а) гидрологическим и гидрогеологическим признакам:
— равнинные участки с поверхностным застоем воды в придорожной полосе;
— то же, с торфо-растительной прослойкой в основании насыпи;
— то же с высоко расположенным горизонтом грунтовых вод;
б) по орографическим, грунтовым, конструктивным и технологическим признакам:
— выпуклые и вогнутые переломы продольного профиля;
— затяжные уклоны автомобильных дорог;
— места пересечения микрологов, узких складок местности;
— места примыкания съездов или других нарушений режима потока поверхностной воды по кюветам или боковым канавам;
— места водосбросов, малых искусственных сооружений;
— места выхода грунтовых и наледных вод;
— места с дефектами при строительстве: перебор в скальной выемке, неправильное взаиморасположение грунтов в насыпи и т.д.;
— места пересечения автомобильных дорог с подземными инженерными коммуникациями;
— места натечных промышленно-хозяйственных вод и стоков.
2.2. ВЫЯВЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПУЧИНООБРАЗОВАНИЯ И ИХ ОБСЛЕДОВАНИЕ
2.2.1. Выявление и обследование пучинистых участков на предварительной стадии проводят визуальным осмотром дороги в весенний период после того, как покрытие очистилось от снега.
Существование пучин на данном участке дороги определяют по наличию характерных деформаций (см. пп.2.1.2 и 2.1.3).
При обследовании в летний период выявление пучинистых участков возможно по наличию характерных трещин (см. п.2.1.2).
2.2.2. Работы по п.2.2.1. проводят для определения характера поражения участков дороги пучинами, степени их развития, состояния покрытия; оценивают возможные причины образования пучин (состояние водоотвода, наличие общей трещиноватости покрытия проезжей части, состояние обочин, рельеф местности и т.д.), необходимость введения неотложных мероприятий (закрытие дороги, ограничение движения и т.д.) для исключения интенсивного разрушения дорожной конструкции.
2.2.3. После выявления пучинистого участка ему присваивают номер и определяют его протяженность (от КМ+. до КМ+).
2.2.4. По данным паспорта дороги и проектным данным на обследуемом участке выясняют дополнительные данные (толщину конструктивных слоев дорожной одежды, наличие и характеристики дренирующего слоя, вид подстилающего грунта, уровень грунтовых вод и т.д.).
Источник