5.22 Образцы смесей асфальтобетонных, органоминеральных грунтов, укрепленных органическими вяжущими, и асфальтобетона, применяемых для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, приготавливаются при подборе состава и контроле качества согласно ГОСТ 12801.
5.23 Статистическую обработку результатов определений (изменений) теплофизических характеристик рекомендуется проводить с помощью существующих процессоров статистических вычислений, например, EXCEL, STATISTICA 6 и других. Оценку систематических и случайных отклонений рекомендуется проводить на основу методики [8].
6 Учет водно-тепловых режимов при назначении мест отбора проб грунта
6.1 Места отбора проб грунта назначаются с учетом водно-тепловых режимов. Теплофизические свойства грунтов земляного полотна и материалов дорожной одежды с повышением влажности изменяются. Влажность, температура грунтов и материалов изменяются в зависимости от сезонных колебаний температуры воздуха, количества и характера атмосферных осадков. Водяной пар в грунтах, находящийся в насыщенном состоянии и в процессе перемещения, может конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Вода в результате внутрипорового испарения может переходить из жидкого в парообразное состояние и перемещаться под действием давления, возникающего в пленках.
6.2 В зимний период промерзание грунта вызывает в нем интенсивное перемещение влаги. Скорость промерзания земляного полотна зависит от погодно-климатических условий и от его поперечного профиля.
6.3 Чем больше в грунте пылеватых и особенно глинистых частиц, тем больше в нем содержится незамерзающей воды.
6.4 Водно-тепловой режим морозного пучения зависит от вида и мощности источников увлажнения. На рисунке 1 показаны слева виды увлажнения при положительной температуре года, справа – при отрицательной.
 |
А Б
1 - атмосферные осадки (жидкие); 2 - поверхностная вода; 3 - вода, проникающая в земляное полотно; 4 - капиллярная вода; 5 - парообразная вода; 6 - пленочная вода; 7 - грунтовые воды; 8 - снег; 9 - лед; 10 - замерзший грунт
Рисунок 1 – Виды увлажнения грунтов земляного полотна (слева –
при положительной температуре, справа - при отрицательной)
6.5 В теплый период грунт увлажняется за счет выпадения дождя, от стока поверхностных вод и проникания их в земляное полотно через откосы земляного полотна и обочины. Грунт может увлажняться капиллярной водой, поднимающейся от уровня грунтовых вод.
6.6 В осенний период пары перемещаются от более теплых нижних слоев к более холодным поверхностным. Вследствие большей теплопроводности материалов дорожной одежды, чем покрытого снегом грунта, он замерзает сначала под дорожной одеждой (рисунок 1).
6.7 У границы промерзания конденсируется пар, все поры грунта заполняются водой, вытесняющей воздух в нижние слои. Это происходит в зоне междуфазового перехода, в которой грунт имеет отрицательную температуру, а вода в его порах находится еще в жидком состоянии (рисунок 2). Пленочная вода замерзает при -3°С и ниже, а капиллярная вода – при более низкой температуре, в зависимости от тонкости капилляров. В этой зоне при температуре грунта ниже 0°С вода может находиться в жидком состоянии, и к ней поднимаются новые частицы пара; конденсирующаяся вода заполняет все пустоты между частицами грунта, вытесняя воздух. По мере понижения температуры глубина промерзания увеличивается и большая часть воды переходит в лед.
Рисунок 2 – Промерзание грунтов земляного полотна в начальный зимний период
под дорожной одеждой
6.8 Если процесс промерзания происходит медленно и вода успевает заполнить все пустоты между частицами грунта, то при переходе в лед увеличивается объем замерзшей части земляного полотна и происходит пучинообразование. Теплообмен осуществляется за счет теплопроводности грунтов и фазовых превращений влаги. В зоне конденсации пара тепло освобождается, а в зоне образования льда поглощается (рисунок 3).
|
1 - высота снежного покрова; 2 - поднятие поверхности дорожной одежды в результате пучинообразования; 3 - глубина промерзания грунтов земляного полотна; 4 - глубина проникания отрицательной температуры; 3-4 - зона междуфазового перехода; 5 - линзы и прослойки льда
Рисунок 3 – Состояние земляного полотна в середине зимнего периода
6.9 Рекомендуется учитывать неоднородность физико-механических свойств грунта земляного полотна и неравномерность заполнения пор водой и льдом и режима промерзания, зависимость пучинообразования и его размеров от пористости и степени влажности грунта.
6.10 Весной грунт оттаивает в первую очередь под дорожной одеждой (рисунок 4). В это время может прекратиться дальнейшее промерзание грунта, а затем начаться его оттаивание. Оттаивание происходит сверху и снизу промерзшего грунта.
|
Глубина оттаивания Разжиженный грунт
1 - уровень оттаивания грунта; 2 - глубина промерзания грунта
Рисунок 4 – Начало оттаивания грунтов земляного полотна в весенний период
6.11 При повсеместном оттаивании грунта в центре земляного полотна остается на некоторое время не оттаявший массив замерзшего грунта блюдцеобразной формы (донник) (рисунок 5). Донник образуется за счет большей глубины промерзания земляного полотна под дорожной одеждой.
Разжиженный грунт Донник
|
1 - линия оттаивания; 2 - наибольшая глубина промерзания; 3 - границы
Рисунок 5 – Земляное полотно после повсеместного оттаивания грунтов
6.12 Использование закономерностей и представлений об основных схемах движения воды в верхней части земляного полотна позволяет обоснованно назначить места отбора образцов грунтов для определения основных теплофизических характеристик.
7 Факторы, влияющие на теплофизические характеристики грунтов
7.1 Особенности физико-механических свойств грунтов
7.1.1 Согласно принятым нормам СП 25.13330.2012, по особенностям физико-механических свойств среди вечномерзлых грунтов выделяются сильнольдистые, засоленные и биогенные (заторфованные) грунты, твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые грунты. Необходимые для расчета оснований и фундаментов физические и деформационно-прочностные характеристики вечномерзлых грунтов определяются на основании их полевых или лабораторных испытаний. Характеристики грунта устанавливаются для выделенных при изысканиях инженерно-геологических элементов на основании статистической обработки результатов экспериментальных исследований в соответствии с учетом предусмотренного проектной документацией состояния и температуры грунтов основания.
7.1.2 Согласно общим строительным нормам для оснований зданий и сооружений СП 22.13330.2011 основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: по несущей способности и деформациям грунтов. В качестве основных параметров механических свойств грунтов, определяющих несущую способность оснований и их деформации используют прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения j, удельное сцепление с, модуль деформации грунтов Е, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Rc и т. п.).
7.1.3 Для расчета вечномерзлых оснований помимо физических и механических характеристик грунтов, предусмотренных в СП 22.13330.2011, дополнительно учитываются:
а) физические и теплофизические характеристики мерзлых грунтов:
1) суммарную влажность мерзлого грунта и влажность мерзлого грунта между включениями льда;
2) суммарную льдистость мерзлого грунта и льдистость мерзлого грунта за счет включений льда;
3) степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой;
4) влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды;
5) температуру начала замерзания грунта;
6) теплофизические характеристики грунта (теплопроводность и объемная теплоемкость);
7) теплоту таяния (замерзания) грунта;
б) деформационные и прочностные характеристики грунтов для расчета мерзлых оснований по деформациям и несущей способности:
1) коэффициент сжимаемости мерзлого грунта;
2) расчетное давление и сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания;
в) деформационные характеристики грунтов для расчета оттаивающего основания по деформациям:
1) коэффициент оттаивания и сжимаемости оттаивающего грунта;
2) относительную осадку оттаивающего грунта;
г) характеристики грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания для расчета оснований и фундаментов на воздействие сил морозного пучения грунтов, а также характеристики мерзлых грунтов для расчета оснований на горизонтальные статические и сейсмические воздействия.
7.1.4 При необходимости определяются и другие характеристики мерзлых грунтов, характеризующие особенности их состояния или взаимодействия с элементами конструкции автомобильной дороги:
– вид криогенной текстуры;
– коэффициент вязкости;
– эквивалентное сцепление грунта;
– скорость вязкопластического течения льда;
– негативное трение оттаивающего грунта;
и другие.
7.1.5 Часть характеристик для различных грунтов определяется по таблицам согласно СП 25.13330.2012. Дополнительно выделяются следующие характеристики грунта:
а) степень засоленности грунта;
б) плотность сухого грунта (скелета грунта);
в) плотность талого и мерзлого грунта;
г) вязкость льда, определяемую из испытаний образцов льда на одноосное сжатие;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
