Работа грунтового основания аэродромов
Прочность и деформируемость грунтов, т. е. сопротивляемость их нагрузке, в значительной степени зависят от их влажности. Это относится к грунтам, слагающим как поверхность грунтового аэродрома, так и естественное основание аэродрома с покрытием. Особенно резкое снижение сопротивления нагрузкам происходит при влажностях, приближающихся к капиллярному водонасыщению (от 30 до 60% от полной влагоемкости — различно для грунтов разного состава). Чтобы не допустить переувлажнения грунтов (по сравнению с оптимальными условиями), производят регулирование водного режима территории путем удаления избытков поверхностных и грунтовых вод.
В ряде случаев поверхность аэродрома повышают путем подсыпки грунта и создания насыпного основания. Сток поверхностных вод улучшают путем планировки территории и создания систем нагорных канав и водосточной сети.
Взлетно-посадочной полосе, рулежным дорожкам и местам стоянок самолетов придают продольные и поперечные уклоны, обеспечивающие свободный сток воды. Водосточная сеть с системой дождеприемников, осушителей и водоотводящих коллекторов собирает ливневые и талые воды с летного поля и окружающей территории и защищает грунты основания и всей территории аэродрома от избыточного увлажнения. Эта сеть выводит собранные воды за пределы аэродрома.
Снижение уровня грунтовых вод проводится путем организации сети понижающих дренажей, состоящих из дренажных траншей или колодцев, объединяемых с помощью собирателей и коллекторов в дренажную систему. Вода, собранная дренажами, передается в водосточную сеть и отводится за пределы аэродрома.
В течение года влажность грунтов летного поля и грунтового основания не остается постоянной. Осенью за счет уменьшения испарения при понижении температуры и выпадения осадков влажность грунтов увеличивается.
С установлением зимнего периода с отрицательными температурами происходит перераспределение влаги. Разность температур поверхностных и более глубоких горизонтов грунтовой толщи вызывает миграцию влаги от более теплых глубоких слоев к более холодным поверхностным. Скапливающаяся в поверхностных слоях влага замерзает, образуя ледяные прослойки и линзы, увеличивает объем грунта и может вызвать деформацию покрытия.
Веснойпосле оттаивания ледяных линз происходит местное переувлажнение грунта (влажность может превосходить предел текучести) и потеря им прочности, а следовательно, и устойчивости. Процесс оттаивания идет не только с поверхности, но и за счет притока тепла из глубинных слоев грунта. Кроме того, оттаивание грунтов под очищенным от снега покрытием идет быстрее, чем под остальной территорией аэродрома, прикрытой снегом. Поэтому под центральной частью взлетно-посадочных и других полос грунт оттаивает раньше. Это тоже создает неравномерность в сопротивлении грунта нагрузкам и может вызвать нежелательные деформации покрытия. В результате весной часто возникают деформации покрытий и трудности в эксплуатации аэродромов.
В летнее время водный режим территории аэродрома улучшается за счет возрастания испарения, вызывающего постепенное просыхание грунтов основания покрытия. В это время количество осадков во многих районах страны оказывается меньше, чем осенью, что в свою очередь ведет к понижению уровня грунтовых вод.
Во многих районах, преимущественно с дефицитом увлажнения, развиты лессовые просадочные грунты. Все это создает особые и часто весьма сложные инженерно-геологические условия работы аэродромных сооружений.
Особенно сложными для аэродромных сооружений являются условия территорий развития многолетнемерзлых грунтов. Для этих территорий характерно образование наледей — ледяных бугров, образующихся во время сильных морозов в результате выхода на поверхность грунтовых или речных вод. Другой характерной особенностью этих районов является наличие здесь так называемого деятельного слоя (верхнего слоя грунта, летом оттаивающего, а зимой промерзающего и сливающегося с толщей многолетнемерзлых грунтов).
Мерзлые грунты являются водонепроницаемыми, что вызывает застаивание влаги в деятельном слое и сильно снижает его сопротивление всем видам нагрузок. Это резко ухудшает несущую способность грунтов основания в течение всего теплого времени года.
В связи с этим в районах развития многолетнемерзлых грунтов для размещения аэродромов наиболее благоприятны участки, сложенные каменистыми, гравелистыми и песчаными сухими или другими грунтами, не меняющими своих свойств при замерзании и оттаивании. Также относительно благоприятными являются территории, где мощность многолетнемерзлых грунтов превышает 5—6 м и грунты, слагающие ее, не переходят при оттаивании в плывунное состояние.
Строительство взлетно-посадочных и других полос аэродромов в районах развития многолетнемерзлых грунтов ведется по двум основным схемам: с ускорением оттаивания мерзлых грунтов и с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии. Первая из этих схем применима главным образом в районах, где развиты грунты не пучинистые и поддающиеся осушению. Вторая схема предпочтительна в условиях развития грунтов неустойчивых в талом, но достаточно прочных в мерзлом состоянии.
Постройка аэродрома на заболоченном участке, так же как и на территории развития слабоуплотненных иловатых грунтов, представляет собой сложную инженерную задачу. Обычно она возникает при реконструкции и расширении аэродромов. Примеры подобных условий известны при реконструкции аэродромов в Нью-Йорке, Осло, Гонконге и других городах. Наиболее радикальным здесь является полное удаление слоя торфа или илов (выторфовывание и т.п.) и замена их песчаными или другими устойчивыми грунтами. Известны примеры уплотнения подобных грунтов с помощью песчаных свай — дрен и пригрузки насыпью. Возможно и укрепление подобных грунтов методами мелиорации, хотя последнее и связано с большими техническими трудностями.
Трудности со строительством аэродромов в аридных областях с засоленными грунтами связаны с агрессивным действием этих грунтов на материал покрытий, а также элементы водоотводящих сетей. Кроме того, многие глинистые грунты этих областей обладают очень высокой набухаемостью, что в короткие периоды ливневых дождей (муссонов) создает -свои трудности для работы аэродромов.
Пустынис их подвижными песками имеют специфические условия для работы аэродромных сооружений: возможность занесения песком взлетно-посадочных и других полос, развевания грунта вблизи от покрытия, трудности с созданием дернового покрова на территории, примыкающей к покрытиям, высокая пылимость территории и т. п.