Фрагмент документа "О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ "МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРЫХЛЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СОХРАНЯЕМЫХ В МЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ДЛЯ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ".
4. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕРЗЛО-КОМКОВАТЫХ ГРУНТОВ В НАСЫПЯХ
4.1. При конструировании насыпей с применением мерзло-комковатых
грунтов, сохраняемых в мерзлом состоянии во время эксплуатации,
следует учитывать следующие обстоятельства:
- комковатый грунт должен находиться в мерзлом состоянии в
течение всего периода эксплуатации дороги;
- не исключена некоторая вероятность возникновения опасных
мерзлотных процессов и явлений, в связи с чем тепловые и прочностные
характеристики земляного полотна должны назначаться со значительным
запасом;
- конструкция должна быть экономична и технологична.
4.2. Одним из условий сохранения грунта насыпи в мерзлом
состоянии является его гидроизоляция. Так, в начале теплого сезона,
когда отрицательная температура грунта достаточно низкая и составляет
-8 - -10 ЬC, попавшая в насыпь вода замерзает, образуя ледяной
прослой, при этом происходит незначительное повышение температуры
грунта. Затем в течение теплого сезона отрицательная температура
мерзлого грунта, повышается и при дальнейшем попадании туда воды ее
отепляющее воздействие может привести к оттаиванию верхнего слоя
мерзлого грунта и, соответственно, к его просадке.
В качестве гидроизоляции в данном случае может быть использована
обойма из полиэтиленовой рулонной пленки (ГОСТ 10354-82),
стабилизированной сажей.
4.3. Выбор конструкции насыпи должен быть осуществлен на основе
решения теплофизической задачи для участков дороги со сходными
условиями, как-то: наличие мерзлотных процессов и явлений,
обводненность, мощность деятельного слоя на участке. В нормативных
документах последний фактор, как правило, практически не учитывается,
что может привести к проектным ошибкам.
При сооружении насыпей по первому принципу (с сохранением
основания насыпи в мерзлом состоянии) на участках с деятельным слоем
значительной мощности (2,5 - 3,5 м) в результате воздействия тепловых
потоков сбоку - со стороны оттаявшего деятельного слоя - наблюдается
оттаивание основания насыпи у ее подошвы и, как следствие этого,
просадка. В этом случае необходимо устраивать теплоизоляцию на
поверхности грунта рядом с подошвой насыпи и присыпать ее песчаным
грунтом. Минимальную мощность деятельного слоя, при которой необходимо
устраивать горизонтальную теплоизоляцию, следует определять на
основании расчета температурных полей.
4.4. Для сохранения нижней части насыпи в мерзлом состоянии в
качестве теплоизолятора в настоящее время, как правило, применяют
торф, поскольку он достаточно широко распространен и дешев.
Однако использование торфа имеет свои недостатки. Торф в
значительно большей степени, чем другие грунты, подвержен криогенному
растрескиванию, которое представляет собой образование и рост
температурных трещин в грунте вследствие понижения его температуры в
зимнее время ниже 0 ЬC. Трещины образуются в результате возникающих в
грунте температурных напряжений, превышающих предел прочности грунта
на разрыв. Так, образование трещин в слое песка возможно при его
температуре -21 - -24 ЬC, в глинистом грунте - при -14 ЬC, в торфе -
при -12 ЬC. Возникшая в слое торфа трещина может привести к разрушению
всей конструкции по двум причинам: трещина будет прорастать в
близлежащие слои из других материалов, в том числе и мерзло-комковатый
грунт, прорвав гидроизоляцию; в образовавшуюся трещину в теплое время
года может попасть вода и вызвать оттаивание мерзло-комковатого
грунта.
Следует также учитывать возможность сегрегационного льдовыделения
в торфе. Образование шлиров льда происходит параллельно направлению
изотерм. Поскольку изотермы на откосах насыпи располагаются примерно
параллельно поверхности откоса, прослой шлиров льда может образовать
поверхность скольжения и вызвать оползание откоса.
Поэтому торфяные элементы конструкции насыпей следует проверять
на возможность криогенного растрескивания и сегрегационного
льдообразования.
4.5. В настоящее время в качестве теплоизолятора может быть
применен пенопласт, используемый в дорожном строительстве и
обеспечивающий как теплозащиту, так и прочность. Однако стоимость
строительства при этом по сравнению с теплоизоляцией торфом может
существенно возрастать. Тем не менее на тех участках, где отсутствует
торф, пригодный для теплоизоляции, применение пенопласта может
оказаться экономически целесообразным. В некоторых документах
предлагается также использование вместо торфа торфопесчаной смеси.
Последняя обладает более высокой теплопроводностью, но и большей
прочностью на сжатие и трещинообразование.
4.6. При конструировании насыпи следует учитывать наличие
макропор в мерзло-комковатом ядре. При уплотнении мерзлого комковатого
глинистого грунта происходит более плотная упаковка комьев, однако
разрушению они поддаются мало, поэтому образование макропор можно
считать практически неизбежным. Известно, что при отрицательных
температурах и взаимодействии мерзлого грунта с воздухом происходит
сублимация порового льда, иссушение поверхности мерзлого грунта и
перенос влаги в виде пара в более холодные области грунта. Иссушение
поверхности комьев мерзлого грунта насыпи, т.е. потеря льда как
цементирующего материала, может привести к их деформации, перемещению
относительно друг друга и просадке тела насыпи. Это может произойти в
том случае, если влага свободно перемещается вверх. В случае же
замкнутых макропор устанавливается равновесие между насыщенностью пара
и льдистостью грунта и дальнейшего иссушения поверхности комьев не
происходит. Достигшая верхнего мерзлого водоупорного слоя влага
оседает на нем, образуя кристаллы льда, рост которых может вызвать
пучение.
Для исключения сублимационного иссушения мерзлого комковатого
грунта насыпи проницаемость по макропорам должна быть обеспечена как
можно меньшей либо поровый воздух должен содержать насыщенный пар. Это
же необходимо также в связи с тем, что в сообщающихся порах возникает
конвективный теплообмен, что может способствовать повышению
температуры мерзло-комковатого ядра в летнее время.
4.7. Для защиты от перечисленных выше процессов к конструкции
насыпи должны быть предъявлены следующие общие требования:
- теплоизоляция нижней части насыпи, отсыпанной из
мерзло-комковатого дисперсного грунта, должна быть выполнена из
пенопласта, торфа или их комбинации; толщина теплоизолирующего слоя
назначается на основе теплотехнического расчета;
- теплоизоляция должна быть выполнена из пенопласта на проезжей
части и обочинах и торфа или торфопесчаной смеси на откосах (в
зависимости от наличия торфа и песка). Помимо теплотехнического
расчета необходим расчет на трещинообразование и рост сегрегационных
прослоев льда. При использовании данной конструкции требуется меньше
дорогостоящего пенопласта, но усложняется технология строительства.
Окончательный выбор должен быть осуществлен на основе экономического
обоснования.
4.8. Для исключения негативного влияния паропереноса возможны
следующие варианты конструктивных решений:
- использование сухомерзлого песчаного заполнителя совместно с
комковатым грунтом по всей высоте мерзлого ядра насыпи;
- после каждого уплотняемого слоя комковатого грунта (толщина
слоя 0,5 - 0,4 м) устройство прослоев песка толщиной 3 - 5 см для
прерывания конвекции воздуха и пара;
- устройство гидроизолирующих прослоек над каждым слоем
мерзло-комковатого грунта.
В первом варианте стоимость строительства существенно возрастает
за счет стоимости дополнительного материала (песка), однако наличие
песчаного заполнителя дает некоторый запас прочности в случае
аварийного протаивания мерзлого грунта, повышает надежность.
Необходимое количество заполнителя определяют расчетом с учетом
пустотности комковатого грунта. Такие конструкции следует использовать
на участках с крайне неблагоприятными грунтово-гидрологическими
условиями, где существует возможность обводнения и подтопления и
отепляющее воздействие воды может вызвать непрогнозируемое протаивание
мерзлого грунта.
Во втором и третьем вариантах прослои ограничивают пароперенос в
пределах уплотняемого слоя. Стоимость строительства возрастает уже в
меньшей степени по сравнению с предыдущим вариантом (во втором
варианте - за счет стоимости песка, в третьем - за счет стоимости
гидроизолирующего материала и дополнительной технологической
операции).
|
Фрагмент документа "О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ "МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРЫХЛЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СОХРАНЯЕМЫХ В МЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ДЛЯ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ".