Забезпечення морозостійкості конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу і земляного полотна
Метою розрахунку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість є забезпечення необхідної стійкості дорожнього покриття проти порушення рівності при нерівномірному набуханні ґрунтів земляного полотна, тобто недопущення появи деформацій від морозного здимання, які перевищують допустимі.
Немає необхідності в спеціальних заходах щодо захисту конструкції від дії морозу:
а) у районах з глибиною промерзання менше 0,7 м;
б) при земляному полотні, яке укладено на всю глибину промерзання з ґрунтів, що не здимаються або слабо здимаються (табл. 16);
в) у випадках, коли необхідна за умовами міцності товщина дорожнього одягу перевищує 2/3 глибини промерзання;
г) на ділянках з 1-шим типом місцевості за зволоженням, за винятком ділянок з капітальним дорожнім одягом при пилуватих суглинистих і супіщаних ґрунтах земляного полотна, якщо не передбачено заходів щодо зменшення проникання води в дорожню конструкцію.
Таблиця 16
Класифікація ґрунтів за ступенем здимальності при замерзанні
| Вид ґрунту | Ступінь здимальності | Група за здималь-ністю | Середнє значення відносної здимальності при промерзанні до 1,5 м, % |
| Пісок гравелистий, грубо і середньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 % | нездимальний | І | 1 / 1 |
| Пісок гравелистий, грубо і середньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 15 % та пісок дрібнозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 % | слабоздимальний | II | 1 – 2 / 2 – 4 |
| Суглинок непилуватий і глина | здимальний | III | 2 – 4 / 4 – 6 |
| Пісок пилуватий; супісок піщанистий; суглинок важкий пилуватий | дуже здимальний | IV | 4 – 6 / 6 – 8 |
| Супісок пилуватий; суглинок легкий пилуватий | надмірно здимальний | V | 6 – 8 / 8 – 10 |
| Примітка. Над рискою наведено величину здимання при 1-му типі місцевості за зволоженням, під рискою – при 2-му та 3-му типах. |
Зимове здимання суттєво не впливає на рівність покриття і довговічність дорожнього одягу, якщо загальне підняття проїзної частини в процесі промерзання конструкції не перевищує таких значень lдоп (у сантиметрах),
залежно від типу дорожнього одягу:
а) капітальний – 4;
б) полегшений – 6;
в) перехідний – 10.
Перевірку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість проводять з використанням номограми (рис. 7) у такій послідовності.
· 3 урахуванням теплотехнічних властивостей матеріалів знаходять еквівалентну (по відношенню до щебеню з гранітних порід) товщину дорожнього одягу:
h3 =h1·ε1 + h2·ε2 + h3·ε 3 +… + hn ·εn, (14)
де h1, h2, h3,…hn – товщини шарів дорожнього одягу із стабільних матеріалів, см;
ε1, ε2, ε3,… εn – еквіваленти теплотехнічних властивостей матеріалів по відношенню до ущільненого щебеню (таблиця 6.1 додатку 6).
· За рис. 8 знаходять найбільшу за зиму нормативну глибину промерзання 
глинистих і суглинистих ґрунтів (см), визначену для ймовірності перевищення 5 %. Для супісків, дрібних та пилуватих пісків отримані за картою значення 
слід збільшити на 20 %.
· При визначенні нормативної глибини промерзання багатошарового дорожнього одягу ZH, до отриманого значення нормативної глибини промерзання ґрунту 
уводиться поправка, яка збільшує ZH.
 , см
| ||||||
| Поправка Δ, см |
· За таблицею 16 для даного виду ґрунту й ступеня зволоження місцевості знаходять комплексну характеристику ґрунту за ступенем набрякання В:
, (15)
|
| Рис. 7. Номограма для розрахунку конструкцій на морозостійкість |
· Кліматичний показник α0 (см2/д) визначають за картою ізоліній α0 (рис. 8) або використовуючи залежність:
(16)
· Визначивши розрахункову глибину залягання рівня ґрунтової води, за допомогою номограми (рис. 7) можна знайти значення будь-якого з параметрів при інших відомих.
Так, для знаходження загальної товщини шарів із стабільних матеріалів Z1 необхідно вирахувати відношення lnyчα0/(B·Zp) при lпуч = lдоп, знайти його значення на вертикальній осі номограми, провести горизонтальну пряму до перетину з кривою, яка відповідає відношенню розрахункової глибини промерзання Zp до розрахункової глибини залягання рівня підземної води Н, тобто Zp / H, і, перенісши цю точку на горизонтальну вісь, отримати значення Z1/Zp, звідки, знаючи Zp, визначити Z1.
|
| ----- – кліматичний коефіцієнт α0 |
| Рис. 8. Нормативні глибини промерзання ZH глинистих та суглинистих ґрунтів |
· Перевіряють морозостійкість дорожнього одягу, порівнюючи отримане необхідне значення загальної товщини шарів Z1 із стабільних матеріалів з фактичною еквівалентною товщиною hp (отриманою із залежності (14)) за умовою:
h3 /Z1 
1. (17)
Для існуючої дорожньої конструкції можливе підняття поверхні покриття lздим, тобто деформацію морозного здимання знаходять за номограмою (рис. 7) у зворотній послідовності, беручи замість відношення Z1 / Zp на осі абсцис відношення h3 / Z1 ; за відомим відношенням Zp / Н визначають lздимα0/(В · Zр), звідки знаходять lздим. Отримане значення морозного здимання не повинно перевищувати допустимого для даного типу дорожнього одягу
lздим 
lдоп. (18)
Якщо для забезпечення потрібної морозостійкості необхідна загальна товщина дорожнього одягу перевищує товщину, отриману розрахунком на міцність, то конструкцію одягу слід відкоригувати і знову розрахувати за критеріями граничного стану.
Морозозахистний шар з фільтруючих матеріалів, як правило, служить і елементом дренажної конструкції, а тому він повинен бути розрахований також на своєчасний відвід води, що надходить до конструкції.
Якщо умови морозостійкості не виконуються, необхідно передбачити заходи, які підвищують морозостійкість дорожнього одягу:
а) замінити ґрунти, які здимаються і надмірно здимаються, на ґрунти, які не здимаються або слабо здимаються (за табл. 16), при будівництві або реконструкції верхньої частини земляного полотна;
б) забезпечити необхідне підвищення покриття над рівнем ґрунтової води;
в) влаштовувати морозозахисні шари із стабільних матеріалів, що не змінюють свого об’єму при промерзанні у зволоженому стані (щебінь, гравій, шлак), або теплоізоляційних шарів, які зменшують глибину промерзання земляного полотна (керамзит, керамдор, пінопласт, полістирол);
г) понизити рівень ґрунтової води шляхом влаштування дренажів;
д) влаштовувати капіляроперериваючі і гідроізолюючі прошарки з синтетичних матеріалів (геотекстилю);
е) збільшити товщину дорожнього одягу або застосовувати в основі шари з шлаку чи пористих кам’яних матеріалів з малим коефіцієнтом теплопровідності.
Під час реконструкції ділянок, які піддаються здиманню, крім цих заходів необхідно забезпечити належний поверхневий водовідвід із прилеглої місцевості з необхідним поздовжнім (не менше за 5 %0) і поперечним ухилом водовідвідних споруд.