ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Критерием стабильности земляного полотна, определяющим работоспособность и надежность всей дорожной конструкции, является плотность грунта. С течением времени на отдельных участках дороги плотность может изменяться вследствие различного рода деформаций, которые до настоящего времени изучены недостаточно полно. Наиболее актуальными при исследовании деформаций грунтов земляного полотна являются следующие проблемы:

1.Уточнение норм возвышения поверхности покрытия на участках местности с необеспеченным поверхностным стоком воды или близким залеганием уровня грунтовых вод в предзимний период.

2.Исследование деформаций в грунтовом массиве полотна при замерзании воды, приводящем к образованию скрытых (пассивных) пучин.

3.Исследование деформаций и обоснование норм плотностей связных грунтов всех разновидностей по признакам их разуплотнения с учетом дорожно - климатических зон.

4.Исследование деформаций несвязных и малосвязных грунтов в процессе их уплотнения и обоснование норм плотностей. допускаемых давлений уплотняющих машин и технологических процессов.

5.Исследование температурных деформаций земляного полотна из несвязных грунтов.

Рассмотрим перечисленные проблемы в порядке их следования.

При обследовании в весенний период технического состояния дорог в Брянской, Смоленской и Калужской областях были выявлены значительные по площади участки дорожных одежд, разрушенных от действия пучин на насыпях, высота которых соответствует или значительно превышает расчетные величины, установленные нормами.

Мерзлый грунт выступает как водоупор, создающий вместе с расширяющейся водой, при переходе ее в лед, напорный механизм миграции по всему фронту промерзания. Грунт придорожной полосы, расположенный по обе стороны от дороги, по достижении некоторой глубины промерзания, может иметь ограниченный объем пор, так как они в основном будут заполнены капиллярной водой. Ближайшим резервуаром свободных пор от придорожной полосы является земляное полотно. Под напором, создаваемым давлением воды на придорожной полосе, вода мигрирует в земляное полотно насыпи, заполняет поры грунта в нижней ее части и перемещается вверх, вытесняя размещенные в порах воду и воздух. При полном заполнении пор водой и промерзании грунта появление пучин на покрытии окажется неизбежным, в том числе и для дорожных одежд, построенных на насыпях из песчаного грунта.

В настоящее время напорный механизм капиллярной миграции воды при назначении высоты насыпи в суровых климатических и сложных гидрологических условиях не учитывается, хотя необходимость в этом доказана. Для предотвращения пучинообразования покрытий необходимо в период изысканий дороги выполнять комплекс грунтово - гидрологических обследований не только по оси дороги, но и на прилегающей придорожной полосе. Зная площадь, характеристику водных, грунтовых и климатических условий, можно определить приток воды в земляное полотно, возможность ее размещения в порах талого грунта и обосновать высоту насыпи.

Деформации, приводящие к образованию скрытых(пассивных) пучин-это все виды деформаций полотна и одежды, вызванные изменением водно - теплового режима. Предложена следующая классификация пучин:

открытые (активные), к которым относятся все виды деформаций земляного полотна в процессе зимнего накопления влаги в грунте и его промерзания, повлиявшие на изменение ровности покрытия;

скрытые пучины (пассивные), которые вызываются деформациями земляного полотна при промерзании, не влияющими на образование пучин в зимний или весенний периоды, а появляющиеся в более поздние сроки.

Образование открытых пучин может происходить, когда нормальные силы морозного пучения превосходят сопротивление деформациям подъема и изгиба

вышележащих твердомерзлых слоев, а реактивный отпор талого нижележащего слоя превосходит силу морозного пучения.

Пассивные пучины образуются в тех случаях, когда нормальные силы морозного пучения грунта недостаточны, чтобы деформировать верхние твердомерзлые слои. Внешние признаки пучины в начальный период после оттаивания дорожной конструкции могут не проявиться, однако, по истечении определенного времени (весна, лето, осень) все слои одежды будут подвержены необратимым деформациям просадок. При открытых пучинах на покрытии появляются в основном неровности в виде взбугривания поверхности.

Таким образом, теоретически обоснован пассивный механизм образования пучин, который следует учитывать при оценке деформаций одежд. На пучинистых участках дорог необходимо проводить ежегодное обследование не только весной, но и осенью с регистрацией дефектов покрытия. При этом необходимо учитывать что площади закрытых (пассивных) пучин будут возрастать в связи с повышением капитальности дорожных одежд.

Особое место с ряду других деформаций земляного полотна занимают деформации разуплотнения связных грунтов. Разуплотнение грунта - это результат нарушения связей между грунтовыми частицами, достигнутыми в процессе уплотнения.

Наряду с существующими теориями разуплотнения грунта, новая концепция разуплотнения глинистых частиц рассматривается в комплексе с расклинивающим действием пленочной воды, образованием прочной связи между частицами согласно энергетической теории взаимодействия дисперсных систем и с учетом предложенной теории образования «молекулярного» вакуума в зоне контакта частиц при циклических изменениях температуры (понижение и повышение).

Новая концепция разуплотнения грунтов позволяет прогнозировать конечную плотность грунта, уплотненной до любой степени плотности. Что касается переуплотнения, когда больше образуется фазовых контактов, то оно крайне желательно, если нет чрезмерного измельчения грунта.

Деформация несвязанных и малосвязанных грунтов в процессе уплотнения.

Эти грунты, как и связные, можно уплотнять до плотности, превышающей стандартную. Повышенную плотность песчаного грунта по сравнению со стандартной связывают с уменьшением пористости под воздействием вибрации, статической и динамической нагрузок. Повышение плотности песчаного грунта до коэффициента уплотнения, большего единицы, в дальнейшем, при эксплуатации дороги, является одним из факторов снижения ровности покрытия.

Приданная грунтам высокая плотность (Ку более 1,0) сохраняется без существенных изменений в течение длительного времени. Поэтому толщину верхнего слоя грунта с повышенной плотностью (Ку = 1,01 - 1,05) рекомендуется проектировать в пределах 0,3 - 0,5 м с учетом категории дорог. Степень уплотнения грунтов зависит от многих факторов, к главным из которых относятся: контактное давление на грунт уплотняющего средства, число проходов (ударов) по одному следу, толщина уплотняемого слоя, влажность грунта. С повышением плотности грунта связывают повышение прочности и устойчивости земляного полотна и снижение толщины дорожной одежды.

Процесс уплотнения грунта делится на два этапа: разрушение существующей структуры и создание новой, более плотной структуры. При этом деформация появляется в двух видах - обратимая и необратимая. Накопление остаточной деформации происходит до некоторого уровня после передачи на грунт определенной нагрузки. Дальнейшее увеличение нагрузки без изменения режима уплотнения сопровождается в основном обратимыми деформациями и не приводит к повышению плотности грунта без повышения величины уплотняющего воздействия.

Были проведены эксперименты по изучению свойств грунтов при повышенной работе уплотнения с помощью специального прибора стандартного уплотнения.

Полученные данные показывают, что для всех грунтов рост плотности происходит не только за счет сближения частиц, но и вследствие заполнения пор продуктами их размельчения и в результате сближения частиц на величину объема, который раньше занимали обломившиеся частицы. Наибольшему размельчению при меньшем механическом воздействии подвергается песок и меньшему - суглинистый грунт.

Повышение плотности грунта - это положительный фактор до определенного предела, после достижения которого в грунтах могут происходить необратимые процессы, вызванные изменением формы грунтовых частиц, от которых зависят такие характеристики, как модуль упругости, сцепление, угол внутреннего трения.

Температурные деформацииземляного полотна из несвязных грунтов до настоящего времени не изучены. Установлено, что при понижении температуры и уменьшении размеров зерен частиц, вышележащие зоны будут занимать образовавшиеся промежутки в нижележащих рядах частиц, создавая более плотную упаковку. При повышении температуры, когда градиент температуры направлен сверху вниз, грунтовые частицы увеличиваются в объеме, оказывая давление во все стороны. Меньшее сопротивление окажут дорожная одежда и грунтовые обочины у бровки полотна. По мере увеличения глубины прогревания грунта в нем будут возникать все больше напряжения и граница деформаций грунтовых обочин будет приближаться к кромке проезжей части.

Циклические изменения температуры, с одной стороны, могут привести к повышению плотности песчаного грунта, а с другой - к раздвижке земляного полотна. При этом ширина полотна увеличится, а высотные отметки окажутся ниже проектных.

Проведенные теоретические исследования деформаций грунтов земляного полотна и изменения их плотности в процессе эксплуатации позволят внести коррективы в «нормы» и обеспечат более качественный уровень проектирования земляного полотна.