Пучинообразование на автомобильных дорогах нашей страны является серьезной проблемой, требующей решения. В статье рассматривается ряд вопросов, связанных с исследованием процесса пучинообразования на искусственных покрытиях автомобильных дорог. В качестве предмета исследований приняты основные факторы влияния, способствующие формированию пучин на асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог различных категорий. Дана краткая характеристика основным методам борьбы с пучинами на автомобильных дорогах, а также рассмотрены основные преимущества и недостатки этих методов.
Ключевые слова: автомобильные дороги, пучение, пучинистые грунты, методы борьбы с пучинообразованием.
Heaving soils on highways of our country is a serious problem that needs to be solved. The article deals with a number of issues related to the study of the process of education of the depths on artificial road surfaces. As the subject of research, the main factors of influence that contribute to the formation of depths of asphalt concrete road surfaces of various categories are accepted. A brief description of the main methods of dealing with the depths on highways is given, and the main advantages and disadvantages of these methods are considered.
Keywords: highways, heaving, heaving soils, methods of combating heaving.
Пучины на автомобильных дорогах нашей страны, на сегодняшний день, являются серьезной проблемой.
Особенно часто это явление распространено в районах, для которых характерна дождливая осень и зима с медленным, но глубоким промерзанием грунтов. Большинство участков строительства автомобильных дорог в таких районах располагается на слабых грунтах.
Пучины представляют собой деформации и разрушения дорожной одежды в виде бугров и сетки трещин, возникающие в результате пучинообразования.
Бугры на поверхности дороги, возникшие в результате морозного пучения могут достигать в высоту 80 мм и более. В результате, скорость движения автомобилей существенно снижается, т. к. наезд на данный дефект покрытия может привести к серьёзной поломке транспортного средства или к дорожно-транспортному происшествию.
Выявление и предварительное обследование пучинистых участков проводят визуальным осмотром дороги в зимне-весенний период, после того, как покрытие очистилось от снега.
Данные деформации на автомобильных дорогах образуются только при одновременном наличии трех факторов:
– интенсивное морозное влагонакопление, при котором максимальная относительная влажность грунта в верхней части земляного полотна Wmax≥ 0,75 Wт (влажность грунта на границе текучести);
– промерзание грунта под дорожной одеждой на глубину h пр ≥ 0,5 м;
– наличие мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суглинков или других пучинистых грунтов. [2]
При отсутствии любого из этих факторов пучины не образуются.
Величина пучения зависит от следующих факторов: от влажности грунта, глубины промерзания, продолжительности холодного периода и прочности дорожной конструкции.
Основная причина возникновения пучин — замерзание и оттаивание воды в порах грунта, в результате сезонных изменений водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.
Большое количество участков строительства автомобильных дорог в нашей стране располагается на слабых грунтах. Следовательно, устройство дорожной одежды часто производится на грунтах наиболее подверженных морозному пучению, т. е. на пылеватых, супесчаных и суглинистых грунтах.
Одной из особенностей структуры этих грунтов, является наличие пор, выполняющих роль капилляров. По капиллярам происходит поднятие воды, за счёт энергии взаимодействия молекул воды с молекулами поверхности, разделяющей воду и частицы грунта, в результате поверхностного натяжения воды [4]. Иными словами, происходит процесс капиллярного поднятия воды. Этот процесс является одной из причин образования пучения земляного полотна и дорожной одежды.
Очевидно, что строительство автомобильных дорог на основаниях из пучинистых грунтов неизбежно ведет к повышению вероятности возникновения различных деформаций и разрушений. Наиболее опасными деформациями являются пучины.
В начале зимы при промерзании грунта происходит перераспределение влаги. Влага в виде паров, пленочная и капиллярная перемещается снизу вверх из-за наличия отрицательного температурного градиента: в верхней части земляного полотна температура ниже 0°С, а в нижней части — близка к среднегодовой температуре воздуха (4–6°С). Вода, скапливающаяся у границы промерзания, при опускании фронта промерзания превращается в лед. В грунте образуются ледяные прослойки и линзы. При промерзании вода увеличивается в объеме (в среднем на 9 %). Грунт со стороны увеличившихся в объеме ледяных линз испытывает давление, вследствие чего происходит поднятие вышележащих слоев — пучение грунта.
Стоит отметить, что под дорожной одеждой промерзание идет быстрее, чем под обочинами.
Процесс пучения во многом зависит от влажности грунта в конце осеннего влагонакопления, а расчетная влажность весной — от процессов миграции (перераспределения) влаги зимой. В весеннее время года при оттаивании линз происходит переувлажнение грунтов.
Дорожная одежда теряет прочность, под влиянием колес разрушается, ее материал перемешивается с разжиженным грунтом, возникают пучины, которые «вскрываются» весной.
При наезде автомобилей на пучины вода через трещины из донника выплескивается на поверхность (так называемое фонтанирование пучины). По мере оттаивания грунта влага мигрирует в нижние слои полотна. Влажность начинает снижаться, прочность грунта увеличивается, а просадки стабилизируются. Пучины «закрываются», затухают.
В холодный период года процессы пучения дорожных одежд наиболее вредны. Покрытие становится хрупким, следовательно, вероятность возникновения в нем трещин, выше. В первую очередь такой опасности подвержены покрытия, построенные с применением органических вяжущих.
Чтобы предотвратить разрушения дорожной одежды при появлении признаков вскрытия пучин, проводят следующие мероприятия:
– заблаговременно принимают меры к удалению от дороги талых вод, очищают от снега канавы и обочины;
– пораженное пучинами место защищают от непосредственного воздействия колес автомобилей. Для этого на проезжей части укладывают заранее заготовленные щиты из досок или маты из хвороста, под которыми устраивают выравнивающую песчаную или шлаковую прослойку. В результате, замедляется оттаивание грунта, а давление колес распределяется на большую площадь. Если выполнить это невозможно, оборудуют объезды, полностью исключающие проезд по пораженному пучинами участку;
– для выпуска из — под дорожной одежды скопившейся воды прокапывают в обочинах через 2–5 м неширокие, открытые канавки (воздушные воронки), в которые просачивается вода. На пучинистых участках устанавливают знаки ограничения скорости.
Если указанные меры не помогают, дорожным организациям предоставлено право ограничивать или прекращать проезд по пучинистым участкам до полного затухания пучин или восстановления поврежденных мест. Об этом заблаговременно объявляется в местной печати и по радио.
Рационально планируя перевозки, переходя в период вскрытия пучин на использование автомобилей меньшей грузоподъемности, можно существенно снизить объем весенних деформаций дорожных одежд. [1]
Если говорить о мероприятия, направленных на устранение возможности образования пучин, то их можно разделить на три группы (см. схему): изменение или регулирование пучинистых свойств грунта путем замены грунта, введения добавок, термообработки или укрепления грунта вяжущими; регулирование водного режима земляного полотна путем обеспечения поверхностного водоотвода и исключения увлажнения грунтовыми водами; регулирование теплового режима земляного полотна устройством морозозащитных и теплоизолирующих слоев и др.
Состояние автомобильных дорог в России за последние годы заметно улучшилось, но, к сожалению, количество дорог, требующих ремонта, очень велико. Не удовлетворительное состояние дорог оказывает влияние на внушительное количество параметров, которые в комплексе воздействуют как на экономику, так и на безопасность жизни человека.
Наличие данных деформаций на автомобильных дорогах говорит нам от том, выбор мероприятий для устранения возможности образования пучин является важной задачей на стадии проектирования. От рационального выбора мероприятия по предотвращению морозного пучения зависит множество факторов, влияющих на качество автомобильной дороги, при ее эксплуатации.
Литература:
- Казарновский В.Д, Лейтланд И.В, Мирошкин А. К. Основы нормирования и обеспечения требуемой степени уплотнения земляного полотна автомобильных дорог. Союздорнии М., 2002.
- Васильев А. П. Эксплуатация автомобильных дорог: в 2 т. — Т. 1: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. П. Васильев. — 3-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 320 с.
- Лазарев, Ю. Г. Реконструкция автомобильных дорог: учебное пособие/Ю.Г Лазарев, Г. И. Собко; СПбГАСУ.-СПб., 2013.-93 с.
- Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог. Росавтодор М., 1991.
- СНиП 2.05.02–85*
