При проектировании автомобильных дорог нормы [1] предусматривают деление территории Российской Федерации на дорожно-климатические зоны, в пределах которых расчетные значения характеристик грунтов принимаются одинаковыми. Зоны дорожного районирования примерно соответствуют границам почвенных и ландшафтно-географических зон. Всего дорожно-климатических зон 5. Практика проектирования и эксплуатации дорог, многочисленные исследования показывают, что необходимо более дифференцированное районирование. Не случайно нормы по проектированию нежестких дорожных одежд [2] в 2001 г. разделили III дорожно-климатическую зону на 3 подзоны, II - на 6 подзон.
Сотрудниками Томского государственного архитектурно-строительного университета выполнено дифференцированное районирование территории Западной Сибири. При этом в пределах дорожно-климатических зон на основе обобщений и анализа основных географических комплексов, влияющих на службу дорог, выделены климатические районы. Для дорожных районов, представляющих собой генетически однородную территорию, характеризуемую свойственными только ей климатом, геологией, рельефом местности, растительностью, почвами, видом грунта и его влажностью в характерные периоды года, в результате изучения водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог региона рекомендован комплекс расчетных значений характеристик глинистых грунтов для проектирования земляного полотна и дорожных одежд.
Такой подход является значительным шагом в направлении обеспечения должного качества проектирования дорог в региональных условиях, но требует экспериментальной проверки ряда положений. Автором выполнены исследования, способствующие решению данной задачи [3, 4], ниже приведено обобщение их результатов.
Для исследований была выбрана Кемеровская область, что определилось рядом обстоятельств: 1) в последние годы там велось интенсивное дорожное строительство и это давало хорошую экспериментальную базу; 2) несмотря на относительно небольшую площадь регион отличается большим разнообразием природных условий и результаты исследований можно распространить на достаточно большую часть Западной Сибири.
Для территории Кемеровской области рекомендовано деление на четыре дорожных района (1–4); три подзоны (Р – равнинная, Х – холмистая, Г – горная) и две зоны (II и III по СНиП 2.05.02-85*) [5].
Одним из основных критериев дорожно-климатического районирования является увлажненность территории, характеризуемая гидротермическим коэффициентом Г.Т. Селянинова (отношение суммы осадков за период со среднесуточными температурами воздуха выше 10оС к сумме температур за это же время, уменьшенной в 10 раз). Естественно предположить, что при правильном районировании по данному критерию, значение гидротермического коэффициента должно иметь тесную связь с фактической увлажненностью грунтов в насыпях строящихся автомобильных дорог.
В качестве показателя (коэффициента) увлажненности предлагается принимать отношение фактической влажности грунта в насыпи дороги к его оптимальной влажности, определяемой по ГОСТ 22733-2002. В работе [6] получены экспериментальные значения коэффициента увлажненности Кувл для различных климатических районов Кемеровской области. Используя их и средние значения гидротермического коэффициента Селянинова (Кс) по соответствующим климатическим районам, рассчитанные проф. В.Н. Ефименко [3], выполнена оценка взаимосвязи параметров. Результаты приведены в таблице 1 и на рисунке 1.
Таблица 1. Значения параметров увлажненности и уплотнения грунта
|
Показатель |
Дорожно-климатический район |
|||
|
II.Х.1 |
II.Г.2 |
III.Р.3 |
III.Х.4 |
|
|
Гидротермический коэффициент Селянинова |
1,9 |
1,5 |
1,3 |
1,1 |
|
Коэффициент увлажненности грунта |
1,22 |
1,07 |
1,04 |
0,95 |
|
Коэффициент уплотнения грунта |
0,941 |
0,962 |
0,973 |
0,986 |
Из рисунка 1 видно, что зависимость Кс–Кувл достаточно тесная и практически прямая. Аналитически она может быть выражена зависимостью (при R2 = 0,9823):
.
Рис.1. Связь гидротермического коэффициента Селянинова и коэффициента увлажненности грунтов
Относительная влажность (коэффициент увлажненности) глинистых грунтов, используемых в насыпях автомобильных дорог, - один из наиболее важных технологических параметров, учитываемых при сооружении земляного полотна. Столь тесная связь его и гидротермического коэффициента однозначно подтверждает целесообразность и достоверность дифференцированного дорожно-климатического районирования территории Кемеровской области. Кроме того, такое районирование может служить не только для целей проектирования дорог, но и быть полезным для проектирования мероприятий по их строительству.
В таблице 2 приведены среднестатистические значения основных строительных характеристик глинистых грунтов по отдельным дорожно-климатическим районам Кемеровской области.
Таблица 2. Среднестатистические значения основных строительных характеристик грунтов
|
Показатель грунта |
Дорожно-климатический район |
|||
|
II.Х.1 |
II.Г.2 |
III.Р.3 |
III.Х.4 |
|
|
Максимальная плотность, кг/см3 |
1,84 |
1,66 |
1,71 |
1,72 |
|
Оптимальная влажность, % |
15,45 |
21,74 |
19,15 |
19,98 |
|
Фактическая (естественная) влажность в насыпи, % |
18,80 |
23,28 |
19,88 |
19,10 |
Данные таблицы 2 показывают, что строительные свойства грунтов по отдельным районам существенно различаются (кроме районов III.Р.3 и III.Х.4), и подтверждают необходимость использования в практической деятельности дифференцированного дорожно-климатического районирования. Несмотря на незначительное различие показателей по районам III.Р.3 и III.Х.4, значения коэффициентов увлажненности для них существенно разнятся, что сказывается и на достигаемых коэффициентах уплотнения грунта (см. табл. 1), т.е. из представленных данных не следует возможность объединения указанных климатических районов. Причем, установлена тесная связь между коэффициентом увлажненности грунта и достигаемой степенью его уплотнения при возведении насыпей в отдельных климатических районах. Эту зависимость иллюстрирует рисунок 2.
 |
Рис. 2. Взаимозависимость коэффициентов уплотнения и увлажненности грунта
Коэффициент уплотнения грунта земляного полотна является основным параметром, характеризующим надежность и прочность дорожной конструкции, его можно считать одним из интегральных показателей качества автомобильной дороги. Существенное различие достигаемых значений Купл по отдельным климатическим районам и их тесная зависимость от коэффициента увлажненности (соответственно, и от гидротермического коэффициента Селянинова) также являются аргументами в пользу дифференцированного дорожно-климатического районирования.
Литература:
1. СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 55 с.
2. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд /Минтранс России. - М.: Информавтодор, 2001. – 145 с.
3. Афиногенов, А.О. К вопросу назначения cтроительно-технологических свойств глинистых грунтов// Вестник КузГТУ. – 2009. – № 4. – С. 82-86.
4. Афиногенов, А.О. К вопросу проектирования технологии уплотнения глинистых грунтов // Вестник КузГТУ. – 2009. – № 3. – С. 124-128.
5. Ефименко, В.Н. Дорожно-климатическое районирование территории юго-восточной части Западной Сибири// Разработка рациональных методов проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог и мостов: Сб. науч. тр. – Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1981. – С. 14-23.
6. Афиногенов, А.О. Зависимости для разработки региональных норм плотности глинистых грунтов в насыпях автомобильных дорог// Молодой ученый. – 2010. – № 4. – С. 49-53.
