Материал: 2030

Особенно неблагоприятной для дорожного строительства является первая Северная подзона, где широко распространены тундровые, переувлажненные (более предела текучести), глинистые, тонкодисперсные грунты с наличием жильных и погребенных льдов, близко залегающих к поверхности земли. Здесь в большинстве мест необходимо проектировать и строить дороги со строгим сохранением естественного режима

местности, используя, как правило, первый принцип проектирования и строительства дорог, предусматривающий поднятие верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов в насыпь и сохранение их в мерзлом состоян в течен е всего периода эксплуатации дороги. Следует широко использовать естественные и различные искусственные теплоизоляционные матер алы. При проектировании, а затем и при строительстве автомоб льных дорог насыпь необходимо доводить до такой высоты, чтобы не было отта вания грунтов в ее основании, то есть при Нот = 0.

СибАДИций (осадок) поверхност покрытия, принимаемых по нормам [4] и по рекомендациям проф. Н.А. Пузакова. При этом высота насыпи для до-

Этого дост гают путем сохранения условия, при котором отрица-

тельная среднегодовая температура в основании насыпи (tсроснгод) будет

ниже температуры замерзания грунта (θзг) – условие для 1 принципа сохранен я мерзлоты [8]:

Природные условия второй Центральной подзоны создали меньшую влажность местности и позволяют проектировать земляное полотно по второму принципу, предусматривающему частичное оттаивание грунтов основания с учетом возникающих при этом деформаций. В этом случае возникает возможность значительного удешевления стоимости строительства за счет использования глинистых местных грунтов взамен дорогих привозных, несцементированных, обломочных (дренирую-

щих) грунтов.

При проектировании и строительстве дорог по второму принципу высота насыпи определяется [12, 13] с учетом возникающих деформа-

рог с цементобетонным покрытием должна быть выше, чем Нminц / б , при которой оттаявший слой основания НотI даст такую величину осадки земляного полотна, чтобы у покрытия была осадка меньше или равна допустимой величине (S pI ≤ 2 см) . Для дорог с асфальтовым покрытием

высота насыпи должна быть выше Нminц / б , при которой величина оттаявшего слоя основания НотII даст величину осадки поверхности покрытия, меньшую или равную допустимой величине ( S pа/б ≤ от 4 до 6 см в зависимости от типа асфальтового покрытия).

16

Таким же образом определяется высота насыпи Нminпер ≤ Нот , при которой фактическая осадка покрытия Sфпер ≤ Sдоппер = 10 см для переходных

типов покрытия. Аналогично для низших типов покрытия высота насыпи Нminниз ≤ Нот, при которой Sфниз ≤ Sдопниз = 15 см (рис. 1.5).

СибАДИНос Рис. 1.5. График зависимости осадки Sр глубины оттаивания основания от

от высоты насыпи

Однако при любом типе покрытия или вообще без покрытия высота насыпи не должна быть меньше определенной величины (Нminниз ), иначе зем-

ляное полотно разрушится в результате термокарстовых процессов. Условием сохранения многолетней мерзлоты в основании насыпи на опреде-

ленной глубине от поверхности, но не глубже чем НотIV , является сохранение отрицательной среднегодовой температуры грунтов основания насыпи:

Это условие сохранения температурного режима для обеспечения II принципа проектирования и строительства дорог в районах ММГ (ВМГ) 7,[ 8].

17

Третья Южная подзона на первый взгляд более благоприятна для дорожного строительства. Здесь многолетнемерзлые грунты встречаются или в виде сплошной высокотемпературной мерзлоты, или в виде отдельных мерзлых островов среди талой толщи грунта. Эта подзона изобилует холмистым, гористым и горным рельефами с широким распространением щебенистых, дресвяных, галечниковых и иногда глинистых грунтов. При этом земляное полотно на участках островного распро-

СибАДИстранения многолетнемерзлых грунтов следует сооружать из местных дренирующ х грунтов по третьему принципу, предусматривающему обеспечен е предвар тельного оттаивание грунтов основания и осушения дорожной полосы до возведения насыпи.

В окончательном в де принципы проектирования и строительства автомоб льных дорог на многолетнемерзлых грунтах по [6, 9] и работам В.А. Давыдова [7, 8] можно сформулировать следующим образом:

первый пр нц п – это сохранение многолетнемерзлых грунтов в основан земляного полотна в течение всего периода эксплуатации дороги (р с. 1.6);

Рис. 1.6. Конструкция автомобильной дороги в особо сложных условиях при проектировании по первому принципу проектирования последующему строительству с сохранением мерзлоты в основании насыпи:

1 – дорожная одежда; 2 – насыпь; 3 – мохорастительный покров; 4 – ВГММГ после строительства дороги; 5 – ВГММГ

до строительства; 6 – новообразованная мерзлота под насыпью

второй принцип – допущение частичного оттаивания многолетнемерзлых грунтов в основании земляного полотна на величину, определяемую расчетом по допустимым деформациям дорожных покрытий

(рис. 1.7).

18

СибАДИРис. 1.7. Конструкция автомобильной дороги в сложных условиях при проектировании по второму принципу проектирования

последующему строительству с допущением оттаивания мерзлоты в основан насыпи и учетом деформаций дорожных покрытий:

1 – дорожная одежда; 2 – насыпь; 3 – ВГММГ после постройки насыпи; 4 – ВГММГ до постройки насыпи; 5 – новообразованная мерзлота

1.6. Требован я к высоте насыпи в зоне вечной мерзлоты

Известно, что макс мальная высота насыпей и глубина выемок назначаются при проект ровании продольного профиля и связаны с рельефом местности, с туацией и предельно допустимыми продольными уклонами. Как х-л о ограничений при этом нет, кроме экономических (технико-эконом ческ х).

Минимальная высота насыпи (руководящая отметка при проектировании продольного профиля) в зоне вечной мерзлоты должна обеспечить:

• снегонезаносимость дороги согласно [2];

• требуемое возвышение верха дорожной одежды над расчетным уровнем поверхностных (2-й тип местности) и надмерзлотных (грунтовых) вод – 3-й тип местности [2];

• расчетное состояние грунтов основания (мерзлое или талое) исходя из принятого принципа проектирования земляного полотна.

За расчетную следует принимать наибольшую высоту насыпи, полученную по трем условиям.

Первые два расчета хорошо известны по опыту проектирования во II–V ДКЗ выполняются согласно [2]. В [1] имеется специальное приложение, рекомендующее расчет насыпи на снегонезаносимость. Однако расчеты по методике [1] достаточно сложные,но дают тот же результат, что и [2].

Опыт проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог в I ДКЗ, расчеты и наблю дения убедительно показали, что решающим при назначении высоты насыпей является обеспечение расчетного состояния грунтов основания (мерзлое или талое), т.е. минимальная высота насыпи в I ДКЗ в основном определяется в результате теплотехнических расчетов. В I ДКЗ иногда возникает необходимость на наледных участках выполнить дополнительный расчет и уточнить высоту насыпи с учетом мощности наледи. Методика таких расчетов известна и приведена в [1].

19

1.7.Особенности водно-теплового режима естественных грунтов

иземляного полотна автомобильных дорог

в районах вечной мерзлоты

воеобразные гидрогеологические условия в сочетании с суровыми природно-климатическими факторами зоны вечной мерзлоты предопределяют особый водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог [7, 8].

СибАДИПромерзание в зоне вечной мерзлоты происходит с двух сторон: сверху – за счет отр цательных температур воздуха, снизу – за счет охлажден я от толщи многолетнемерзлых грунтов.

Так м образом, в зоне вечной мерзлоты в течение всего теплого времени года в земляном полотне или в его основании находится мерзлый, практ чески несж маемый слой грунта на незначительной глубине оттаиван я (до 1,5–2,5 м). Процесс промерзания земляного полотна и основан я в зоне вечной мерзлоты (рис. 1.8) подобен схеме процесса оттаиван я в средней полосе страны. В обоих случаях имеет место двустороннее направлен е потоков: холода – в зоне вечной мерзлоты, тепла

– в средней полосе страны.

Как установлено (Н.А. Цытович и др. [12, 13, 14], модули деформации и упругости мерзлых глинистых грунтов имеют высокие значения, а талых – в несколько раз (иногда в десятки раз) меньше. В переходном состоянии от мерзлого к талому величина модуля упругости может иметь различные промежуточные значения, которые уменьшаются как за счет перехода мерзлого состояния грунта в талое, так и за счет более глубокого расположения мерзлого слоя грунта. Это положение имеет большое практическое значение для проектирования и строительства дорог в указанных районах, так как регулированием глубины расположения многолетнемерзлого слоя грунта можно повышать величину эквивалентного модуля упругости грунта земляного полотна, увеличивая, таким образом, прочность всей дорожной конструкции.

Оттаивание земляного полотна основания в зоне вечной мерзлоты протекает по схеме (см. рис. 1.8, ), подобной схеме промерзания в районах сезонного промерзания, например, во II дорожно-климатической зоне (рис. 1.8, в). При этом имеет место одинаковое направление потоков тепла (в зоне вечной мерзлоты) и потоков холода (в районах сезонного промерзания). В рассматриваемой зоне оттаивание происходит сверху и продолжается в течение всего теплого периода года, пока не будет установлено динамическое равновесие между потоками тепла сверху от атмосферы и потоками холода снизу от многолетнемерзлых грунтов.

Многолетние исследования на дорогах Республики Саха (Якутия) и Бурятии позволили проследить за изменением модулей деформации и упругости в процессе оттаивания, которые определяли с помощью пресса

20