что такое пучина на дороге

Устранение пучин на автомобильных дорогах

Не редко в период наступления теплой погоды, на дорогах с асфальтобетонным покрытием можно наблюдать разрушение асфальта с одновременным образованием колейности. Такой вид дефекта называется – пучинообразование.

В период весеннего паводка, земляное полотно постепенно начинает оттаивать. Вся скопившаяся влага, под нагрузкой автомобильного приходящегося транспорта, в буквальном смысле, выдавливается наружу вместе с грунтом основания. Так как нижние слои оттаивают гораздо быстрее, то деваться переувлажненному материалу некуда. Особенно подобный дефект характерен в местах, где слои основания не только перенасыщены влагой, но и имеют большой процент включений глинистых пород.

Подобную неприятность невозможно устранить с использованием одно фрезы дорожной и устройством нового покрытия из асфальтобетонной смеси. В этом случае без дополнительных работ не обойтись.

Первым делом вскрывается разрушенное асфальтобетонное покрытие, на ширину и длину большую очага разрушения на 30-40 процентов. Экскаватором выбирается весь пучинистый грунт на глубину не менее половину метра. Выбранный грунт отгружается в автомобили самосвалы и вывозится в отвал. Дальнейшее его применение не допустимо.

Следующим шагом устраивают подушку из щебня крупной фракции или скального грунта. Она и будет служить прочным основание. Для ее расклинцовки применяют инертные материалы, ступенчато, более меньших фракций. Получается своего рода слоеный пирог. Каждый слой устраиваемой дорожной конструкции, уплотняют максимально, с применением ручных трамбовок или гладко вальцовых катков.

Новый слой асфальтобетонного покрытия сразу не укладывают. Необходимо визуально понаблюдать за очагом разрушения. Если устроенная конструкция из новых, более прочных грунтов не будет «играть» в течении пары суток, то это говорит о том, что грунт устоялся и работы выполнены в полном объеме и соответствующего качества. Завершающим этапом производят устройство слоя покрытия по традиционной для этого вида работ технологии. Следует отметить, что при устранении пучинистых участков, одна полоса движения для проходящего автомобильного транспорта закрывается полностью, с целью безопасности.

При глобальном разрушении дорожного покрытия из-за слабых грунтов основания, производиться замена грунта на всю ширину земляного полотна. В данном случае, без устройства прочного основания из крупных валунов скальных пород не обойтись.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Причины пучинообразования на автомобильных дорогах

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 01.01.2021 2021-01-01

Статья просмотрена: 539 раз

Библиографическое описание:

Ерохин, А. В. Причины пучинообразования на автомобильных дорогах / А. В. Ерохин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 1 (343). — С. 18-20. — URL: https://moluch.ru/archive/343/77229/ (дата обращения: 27.11.2021).

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.

Источник

Пучины на автомобильных дорогах и причины их образования.

При сезонном промерзании и оттаивании на дорожной одежде при определенных условиях могут наблюдаться пучины, которые представляют собой деформации и разрушения в виде бугров и сетки трещин. Они возникают в результате пучения (пучинообразования), неоднородных по площади проезжей части взбугриваний дорожной одежды, образующихся при одновременном сочетании следующих трeх факторов:

интенсивного морозного влагонакопления, при котором максимальная относительная влажность грунта в верхней части земляного полотна W_МАХ³0,75W_Т;

промерзания грунта под дорожной одеждой на глубину h_ПР ³ 0,5 м;

наличием мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суглинков и других пучинистых грунтов.

Размер деформации пучения зависит главным образом от влажности грунта, глубины промерзания, продолжительности холодного периода, скорости промерзания грунта, прочности дорожной одежды. Неравномерное морозное пучение может достигать 80—100 мм, что существенно снижает скорость движения автомобилей.

Расчeтные значения угла внутреннего трения и сцепления песчаных грунтов и песков конструктивных слоeв в зависимости от расчeтного числа приложения расчeтной нагрузки

№ п/п	Тип грунта	Сцепление, МПа и угол внутреннего трения при суммарном числе приложений нагрузки ( )
10 3	10 4	10 5	10 6
Песок крупный с содержанием пылевато-глинистой фракции:
35 0,004	33 0,003	32 0,003	31 0,003	29 0,003
5 %	34 0,005	31 0,004	36 0,004	29 0,003	28 0,003
Песок средней крупности с содержанием пылевато-глинистой фракции:
32 0,004	30 0,004	30 0,603	28 0,003	27 0,002
5 %	33 0,005	30 0,004	29 0,003	28 0,003	26 0,002
Песок мелкий с содержанием пылевато-глинистой фракции:
31 0,003	28 0,003	27 0,002	26 0,002	25 0,002
5 %	31 0,005	27 0,004	26 0,004	25 0,004	24 0,003
8 %	31 0,006	27 0,005	26 0,004	25 0,003	23 0,002

Примечания: 1. Значения характеристик даны для условий полного заполнения пор водой. 2. В числителе — угол внутреннего трения в градусах, в знаменателе — сцепление в МПа. 3. При >A ·10 6 расчeтные значения j и С следует принимать по графе «10 6 ».

Физическая сущность пучинообразования состоит в накоплении, перераспределении, замерзании и оттаивании воды в порах грунта вследствие сезонных изменений водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. В дисперсных грунтах, представляющих собой капиллярно-пористые тела, происходит непрерывный тепломассообмен. С понижением температуры свободно связанная вода замерзает при 0, пленочная и рыхлосвязанная — при –3 О С, прочно связанная и в капиллярах вода замерзает при более низкой температуре (–10. –30 О С). При промерзании грунта возникает температурный градиент. Незамeрзшая часть жидкой фазы перемещается из тeплых слоeв грунта к холодным, то есть снизу вверх. Процесс миграции воды протекает в зоне изотерм 0. –5 О С. При наличии температурного градиента происходит термодиффузия пара от теплых слоeв грунта к холодным. Водяной пар, охлаждаясь, конденсируется, увеличивая толщину плeнки воды на частицах грунта и на кристаллах льда, и замерзает. Дальнейшее влагонакопление и льдообразование происходит за счeт термодиффузии водяного пара. В зоне льдообразования вначале возникают кристаллы, а затем линзы льда.

Льдообразование сопровождается увеличением объeма на 9 % и значительным давлением в земляном полотне, что и вызывает поднятие в том числе неравномерное дорожной одежды. В этом и заключается процесс пучинообразования. Весной грунт оттаивает в первую очередь под дорожной одеждой. В этот момент лeд переходит в жидкую фазу, которая под действием собственного веса мигрирует вниз и задерживается на мeрзлом практически водонепроницаемом грунте. Над мeрзлой поверхностью (донником) грунт переувлажняется. Дорожная одежда теряет прочность и под действием нагрузок от транспорта разрушается, еe материал перемешивается с разжиженным грунтом, возникают пучины.

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

С этой целью применяют различные специальные мероприятия:

использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (табл. 4.22, 4.23) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

осушение рабочего слоя земляного полотна, в том числе устройство дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод; устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-й или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;

Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании (СНиП 2.05.02-85, прил. 2 табл. 6)

Группы грунтов по степени пучинистости (СНиП 2.05.02-85, прил. 2 табл. 7)

устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в том числе укреплeнных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;

устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;

устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие

, где (4.28)

— расчeтное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

— допускаемое для данной конструкции пучение грунта (табл. 4.24).

Тип дорожных одежд	Вид покрытия	Допустимая величина морозного пучения , см
Капитальные	Асфальтобетонное
Облегчeнные	Асфальтобетонное
Переходные	Переходное

Примечание. В восточных районах II—III дорожно-климатических зон значения следует увеличивать на 20—40 % (большие значения для облегчeнных и переходных дорожных одежд).

Расчeт на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

, где (4.29)

— величина морозного пучения при осреднeнных условиях, определяемая по рис. 4.19 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (табл. 4.23) и глубины промерзания (Z_ПР);

К_УГВ — коэффициент, учитывающий влияние расчeтной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (рис. 4.20); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка К_УГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной К_УГВ = 0,43;

К_ПЛ, — коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 4.25);

К_ГР — коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.26);

К_НАГР — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис. 4.21);

К_ВЛ — коэффициент, зависящий от расчeтной влажности грунта (табл. 4.27).

Рис. 4.19. Графики для определения осреднeнной величины морозного пучения :

кривые II—V выбирают в соответствии с табл. 4.23, кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя, кривую IIб – при 1-й схеме увлажнения

Рис. 4.20. Зависимость коэффициента К_УГВ от расстояния от низа дорожной одежды до расчeтного УГВ или УПВ:

1 – супесь тяжeлая и тяжeлая пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь лeгкая и лeгкая крупная

Рис. 4.21. Зависимость коэффициента К_НАГР от глубины промерзания Z_ПР от поверхности покрытия:

1 – супесь тяжeлая и пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь лeгкая, крупная

Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле

Z_ПР(СР) – средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Карта изолиний глубины промерзания Z_ПР(СР) грунтов на территории СНГ:

1 — граница сплошного распространения вечномeрзлых грунтов;

2 — то же, островного; 3 — границы стран СНГ

При глубине промерзания дорожной конструкции Z_ПР до 2 м устанавливают по графикам рис. 4.19. При Z_ПР от 2,0 до 3,0 м вычисляют по формуле:

= × [а + b·(Z_ПР–с)], где (4.31)

– величина морозного пучения при Z_ПР = 2,0 м;

Источник