ПОСОБИЕ
 по проектированию методов регулирования водно-теплового режима
верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85)

     
     
     УТВЕРЖДЕНО приказом по Союздорнии от 31.08.87 г. N 151
     
     
     Содержит указания по проектированию методов регулирования водно-теплового режима земляного полотна, обеспечивающих прочность, морозоустойчивость и дренирование дорожной одежды и верхней части земляного полотна, создающих условия для снижения высоты насыпи и использования местных грунтов, а также для уменьшения толщины слоев дорожной одежды из дорогостоящих материалов.
     
     Для инженерно-технических работников дорожного хозяйства.
     
     

 ПРЕДИСЛОВИЕ

          
     Настоящее Пособие разработано в целях детализации отдельных положений СНиП 2.05.02-85, относящихся к проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна во II-V дорожно-климатических зонах.
     
     Традиционные методы регулирования водно-теплового режима (морозозащитные слои, устраиваемые из непучинистых грунтов и материалов, дренирующие слои из кондиционных зернистых материалов с водоотводящими устройствами и др.) следует проектировать согласно Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-83, утвержденной Минтрансстроем СССР и согласованной Госстроем СССР.
     
     В Пособии рассматриваются вопросы проектирования: морозозащитных слоев из некондиционных песков (слабопучинистых песчаных грунтов); теплоизолирующих слоев на участках дорог, где возвышение поверхности покрытия над уровнем поверхностных и грунтовых вод, верховодки и над поверхностью земли менее нормативных величин; дренирующих слоев из зернистых материалов с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут, работающих по принципу поглощения; гидроизолирующих, дренирующих и капилляропрерывающих прослоек; специальных поперечников земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы) и конструкции земляного полотна с повышенной плотностью грунтов.
     
     Указанные мероприятия предназначены для применения в районах с сезонным промерзанием грунтов во II и III дорожно-климатических зонах, а конструкции земляного полотна с повышенной плотностью грунтов также в IV и V зонах.
     
     Проектирование следует проводить на основе прогноза основных водно-тепловых процессов в земляном полотне, которые влияют на круглогодичные изменения плотности и влажности многослойных грунтов рабочего слоя и основания насыпи или выемки при эксплуатации дороги.
     
     Пособие разработано СоюздорНИИ (д-р техн. наук В.И.Рувинский, д-р техн. наук, проф. В.Д.Казарновский, канд. техн. наук В.М.Смирнов, М.Дуйшеналиев, инженеры В.И.Зубкова, С.В.Черняев) при участии Ленинградского филиала СоюздорНИИ (д-р техн. наук, проф. М.Б.Корсунский, канд. техн. наук Ю.М.Васильев); Среднеазиатского филиала СоюздорНИИ (канд. техн. наук О.А.Сяпич); Союздорпроекта (канд. техн. наук В.Д.Браславский); МАДИ (д-р техн. наук, проф. А.Я.Тулаев, канд. техн. наук Н.В.Быстров, В.И.Куканов); ВСЕГИНГЕО (канд. геол.-минерал. наук С.М.Семенов).
     
     Общее редактирование выполнено д-ром техн. наук В.И.Рувинским.
     

 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

     
     1.1. В районах сезонного промерзания грунтов на дорогах I-IV категорий с жесткими и нежесткими дорожными одеждами, находящихся в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, наряду с обеспечением требуемой прочности следует предусматривать противопучинные мероприятия, гарантирующие достаточную морозоустойчивость дорожной одежды и земляного полотна.
     
     Не требуется специальных противопучинных мероприятий при земляном полотне, отвечающем трем основным требованиям:
     
     возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод и над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 сут) стоящих поверхностных вод не менее нормативных величин (СНиП 2.05.02-85);
     
     рабочий слой в пределах 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубину 1 м асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на 1 и 0,8 м соответственно в III дорожно-климатической зоне состоит из непучинистых или слабопучинистых грунтов;
     
     степень уплотнения грунтов рабочего слоя не менее нормативных величин (СНиП 2.05.02-85).
     
     Не требуется специальных противопучинных мероприятий также в районах с глубиной промерзания менее 0,6 м.
     
     1.2. При невозможности или нецелесообразности выполнения указанных требований должны быть предусмотрены противопучинные мероприятия:
     
     устройство морозозащитного слоя;
     
     регулирование водно-теплового режима земляного полотна с помощью гидроизолирующих, дренирующих, капилляропрерывающих прослоек и теплоизолирующих слоев;
     
     укрепление и улучшение грунта рабочего слоя с использованием вяжущих, гранулометрических добавок и др.;
     
     понижение уровня подземных вод с помощью дренажа;
     
     применение специальных поперечников земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы).
     
     Для устройства морозозащитных слоев нужно применять песчано-гравийные (песчано-щебеночные) смеси и пески, а на дорогах I-III категорий также укрепленные грунты II и III классов прочности (СНиП 2.05.02-85) и другие непучинистые материалы. Относительная величина их морозного пучения не должна превышать 1%.
     
     Для морозозащитных слоев дорожных одежд можно допускать без дополнительных испытаний пески по ГОСТ 8736-85, содержащие зерна размером менее 0,14 мм, не более 25% по массе, пылевидно-глинистых частиц не более 5%, в том числе глинистых частиц для природного песка не более 0,5% и для дробленого - не более 1% по массе. Коэффициент фильтрации при максимальной плотности должен быть не менее 1 м/сут.
     

     Для морозозащитных слоев, устраиваемых на всю ширину земляного полотна, допускается применять некондиционные пески (слабопучинистые песчаные грунты), которые удовлетворяют требованиям по величине коэффициента пучения и сдвиговым характеристикам, устанавливаемым расчетом на прочность и морозоустойчивость дорожной одежды, и имеют коэффициент фильтрации не менее 0,2 м/сут.
     
     Расчет толщины морозозащитных слоев, устраиваемых из непучинистых материалов и грунтов, следует проводить по Инструкции ВСН 46-83*. Расчет толщины морозозащитных слоев из некондиционных песков (слабопучинистых песчаных грунтов) нужно проводить согласно настоящему Пособию.
__________________
     * Действует СНиП 2.05.02-85, в части возвышения поверхности покрытия над поверхностью земли и уровнем поверхностных и грунтовых вод и верховодки следует проектировать теплоизолирующие слои по Инструкции ВСН 46-83; в остальных случаях - согласно настоящему Пособию.
     
     Для устройства гидроизолирующих прослоек могут быть применены полиэтиленовая пленка, стабилизированная 2% канальной сажи толщиной не менее 0,2 мм, изол и другие материалы, а для устройства дренирующих и капилляропрерывающих прослоек - нетканые синтетические материалы, удовлетворяющие требованиям, изложенным в настоящем Пособии.
     
     Укрепление грунта рабочего слоя с использованием вяжущих следует проводить согласно Инструкции ВСН 46-83.
     
     Понижение уровня подземных вод с помощью дренажа нужно проектировать согласно "Типовым проектным решениям 503-0-43. Дренажные устройства земляного полотна автомобильных дорог общей сети Союза ССР".
     
     Специальные поперечники земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы) следует проектировать согласно изложенному в настоящем Пособии.
     

     При сохранении стабильной плотности и влажности грунтов во II и III дорожно-климатических зонах допускается при обосновании более значительное уплотнение верхней части рабочего слоя земляного полотна для использования в качестве нижнего конструктивного слоя дорожной одежды.
     
     В IV и V зонах при проектировании земляного полотна следует рассматривать вопрос о повышении плотности грунтов по сравнению с нормами при соответствующем технико-экономическом обосновании и при условии защиты связного набухающего грунта от доувлажнения в процессе эксплуатации. Для V зоны следует предусматривать повышение степени уплотнения (до 1-1,05) верхней части рабочего слоя толщиной 0,2-0,3 м. То же следует предусматривать на дорогах I категории во всех дорожно-климатических зонах.
     
     Проектирование конструкций земляного полотна с повышенной плотностью грунтов нужно проводить согласно настоящему Пособию.
     
     1.3. На участках земляного полотна из глинистых грунтов и пылеватых песков следует предусматривать дренирующие слои с водоотводящими устройствами при основаниях и дополнительных слоях, выполненных из традиционных зернистых (пористых) материалов, в следующих случаях:
     
     во II дорожно-климатической зоне при всех типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. прил.1 настоящего Пособия);
     
     в III дорожно-климатической зоне при 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя, а также при 1-м типе - в районах 2(III)-5(III) (см. табл.2 Пособия);
     
     в IV и V зонах при 3-м типе увлажнения рабочего слоя.
     
     Дренирующий слой можно не устраивать на участках дорог с морозозащитным слоем из слабопучинистых песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 0,2 м/сут, в котором может разместиться вся поступающая вода без снижения прочности дорожной одежды.
     
     Необходимость устройства дренирующих слоев на участках дорог, где основания или дополнительные слои дорожной одежды выполнены из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими, устанавливается расчетом на осушение. Когда такие дренирующие слои не предусматриваются, следует устраивать дренирующие прослойки из нетканых синтетических материалов.
     
     Для устройства дренирующих слоев с водоотводящими устройствами следует использовать гравий, песок и другие зернистые материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Для устройства дренирующего слоя в насыпях только на ширину проезжей части и в выемках, особенно при 3-м типе увлажнения рабочего слоя, следует использовать материалы, имеющие коэффициент фильтрации более 2 м/сут.
     

      Коэффициент фильтрации дренирующего материала нужно определять прибором СоюздорНИИ при максимальной плотности материала, установленной методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-77.
     
     За исключением гравия и природного песка, следует определять коэффициент фильтрации на образцах, которые прошли 10 циклов замораживания-отаивания в водонасыщенном состоянии при температуре минус 10 °С и минус 5 °С соответственно для II и III дорожно-климатических зон. Испытания проводят в формах, в которых зернистый материал уплотняют до требуемой плотности, заливают водой и подвергают замораживанию-оттаиванию.
     
      Толщину дренирующего слоя с водоотводящими устройствами и необходимый коэффициент фильтрации материала следует устанавливать расчетом по Инструкции ВСН 46-83 в зависимости от количества воды, поступающей в основание проезжей части, способа ее отвода, длины фильтрации и других факторов.
     
     Допускается применять дренирующие грунты с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут. В этом случае дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за расчетный период. Расчет толщины дренирующего слоя по принципу поглощения нужно проводить согласно настоящему Пособию.
     
     Во всех случаях толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,2 м.
     
     При наличии дренирующего слоя над морозозащитным слоем последний можно устраивать из некондиционных песков с коэффициентом фильтрации менее 0,2 м/сут при условии, что этот грунт удовлетворяет требованиям по величине коэффициента пучения и сдвиговым характеристикам. То же при устройстве дренирующей прослойки из нетканых синтетических материалов над морозозащитным слоем при условии, что интенсивность стока воды по порам холста не менее интенсивности поступления воды в прослойку.
     
     1.4. Мероприятия по регулированию водно-теплового режима проектируют исходя из условия обеспечения прочности и морозоустойчивости дорожной одежды при намеченной конструкции земляного полотна. Необходимые для расчета на прочность данные о максимальной величине влажности и минимальном значении плотности грунта, которые можно ожидать в период между капитальными ремонтами дорожной одежды, следует устанавливать согласно настоящему Пособию. Сам расчет на прочность дорожной одежды проводят по Инструкциям Минтрансстроя СССР ВСН 46-83 и ВСН 197-83*.
________________
     * Действуют "Методические рекомендации по проектированию дородных одежд жесткого типа" . - "Примечание .
     
     Расчет дорожной одежды на морозоустойчивость изложен в настоящем Пособии. Этот расчет должен предусматривать определение суммарной величины пучения грунтов в зоне промерзания под дорожной одеждой, включая установление пучения: некондиционного песка морозозащитного слоя, глинистого грунта насыпи, грунта с ненарушенной структурой под подошвой насыпи или в основании выемки, а также грунта над и под прослойками из дренирующих, капилляропрерывающих и гидроизоляционных материалов. При этом следует принимать в качестве расчетных среднемноголетнее значение и наибольшую величину пучения этих грунтов в период между капитальными ремонтами дорожной одежды. Морозоустойчивость дорожной одежды обеспечивается, когда поднятие покрытия проезжей части в результате пучения грунтов в зимний период не превышает допустимых значений, приведенных в п.1.8.
     

     Указанные величины влажности, плотности и пучения грунтов нужно определять по результатам прогноза водно-теплового режима земляного полотна для трех лет: года с наиболее холодной и года с наиболее теплой зимой повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и для среднемноголетнего года по величине сумм отрицательных градусо-суток температур воздуха. Необходимые для этого прогноза значения климатических параметров, характеризующих ход температуры воздуха в указанные годы, следует принимать по табл.8 или по данным наблюдений метеослужбы согласно прил.3 настоящего Пособия.
     
     Значения плотности, влажности и пучения грунтов, входящих в расчет дорожной одежды, нужно устанавливать с учетом влияния на эти величины трех источников увлажнения: атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин; поверхностных вод, застаивающихся вблизи дороги на участках с необеспеченным поверхностным стоком; грунтовых вод и верховодки. В зависимости от влияния этих источников увлажнения на указанные характеристики грунта различают три типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна согласно прил.1 настоящего Пособия. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность откосов насыпи, можно не учитывать при расчете дорожной одежды.
     
     1.5. Разработку конструкций земляного полотна следует начинать с установления высоты насыпи или глубины выемки по условиям рельефа местности, застройки территории, ценности сельскохозяйственных земель, обеспечения снегонезаносимости дороги, безопасности движения и вписывания дороги в ландшафт. При установленных значениях высоты насыпи или глубины выемки необходимо определить тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна согласно прил.1 настоящего Пособия. Затем нужно разработать варианты мероприятий по регулированию водно-теплового режима исходя из типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна, грунтово-гидрологических и климатических условий, рельефа местности, наличия дорожно-строительных материалов и планируемых темпов строительства. В качестве вариантов мероприятий следует предусматривать устройство специальных поперечных профилей (уположенные откосы, бермы), повышение или понижение высоты насыпи по сравнению с первоначально намеченной величиной, устройство морозозащитных и дренирующих слоев из некондиционных песков и теплоизолирующих слоев из различных материалов, дренирующих и капилляропрерывающих прослоек из нетканых синтетических материалов, гидроизолирующих прослоек из различных материалов, а также устройство слоев земляного полотна с повышенной плотностью грунтов.
     
     1.6. Перед прогнозом водно-теплового режима земляного полотна необходимо предварительно наметить конструкцию дорожной одежды по условиям прочности. В этом случае в расчет дорожной одежды нужно включать значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепление грунта, влажность которого равна полной капиллярной влагоемкости, соответствующей требуемой плотности этого грунта при строительстве дороги. Величину полной капиллярной влагоемкости грунта нужно устанавливать экспериментально или принимать по данным расчетов согласно п.2.2 Пособия.
     

     При предварительно намеченной конструкции дорожной одежды и выбранном варианте мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна следует установить значения плотности, влажности и пучения грунтов, которые они будут иметь в процессе эксплуатации дороги.
     
     Для прогноза этих величин последовательно определяют: приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания земляного полотна (см. п.2); расчетные положения горизонта грунтовых вод в случае 3-го типа увлажнения рабочего слоя (см. разд.3); эпюры влажности грунтов перед их промерзанием (см. разд.4 и 7); температурное поле земляного полотна в зимний период (см. разд.5); влажность, плотность, пучение и усадку грунтов при промерзании земляного полотна, а также осадку грунтов в весенний период (см. разд.6); приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин, и от поверхностных и грунтовых вод в период оттаивания земляного полотна весной, а также влажность и плотность грунтов в этот период (см. разд.2 и 6); влажность, плотность и усадку грунтов в летний период (см. разд.6). Для западных районов (западнее линии Нарва - Псков - Смоленск - Орел - Воронеж) II-III дорожно-климатических зон необходимо дополнительно учитывать поступление воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин в период зимних оттепелей (см. разд.2).
     
     При проведении расчетов водно-теплового режима земляного полотна следует принимать в качестве исходной влажность грунта перед началом осеннего периода влагонакопления. При 1-м и 2-м типах увлажнения эту величину можно принимать равной оптимальной влажности; то же, при 3-м типе увлажнения рабочего слоя в случае расположения этого слоя выше зоны капиллярной каймы над горизонтом грунтовых вод в летний период (см. разд.3 и 4). При расположении рабочего слоя земляного полотна в зоне капиллярной каймы исходная влажность грунта определяется расчетом (см. разд.4).
     
     При проведении расчетов водно-теплового режима необходимо учитывать круглогодичные изменения плотности грунтов земляного полотна в процессе эксплуатации дороги. Для грунтов под проезжей частью и обочинами можно не учитывать величину их набухания в осенний период.
     

     Первоначально в расчет водно-теплового режима необходимо вводить требуемую плотность грунта при строительстве дороги. Для грунтов естественного основания в расчет включают их плотности, установленные при изыскании дороги. При отсутствии таких данных допускается принимать значения плотности скелета грунта естественного основания равными: 0,9 от максимальной плотности для песков, супеси и пылеватых суглинков и 0,95 от максимальной плотности по методу стандартного уплотнения для непылеватых суглинков и глин.
     
     Расчетные значения влажности, плотности и пучения грунта, полученные при этих исходных данных, являются искомыми при условии восстановления первоначальной плотности грунта в летний период.
     
      При величине плотности грунта после его усадки в летний период менее требуемой плотности при постройке дороги следует ожидать разуплотнения грунта земляного полотна. В этом случае нужно повторить расчет, включая в него в качестве исходной плотности грунта значение плотности, полученное для летнего периода года. При необходимости расчет нужно повторять до тех пор, пока суммарная величина осадки грунта весной и его усадки летом не будет равна величине пучения этого грунта в зимний период.
     
     В этом случае в качестве расчетных следует принимать максимальное значение влажности и минимальное значение плотности грунта и наибольшую величину его пучения, которые могут иметь место в период разуплотнения грунта.
     
     1.7. При расчетных значениях плотности и влажности грунта необходимо экспериментально установить или определить по Инструкции ВСН 46-83 прочностные и деформационные характеристики: модуль упругости, угол внутреннего трения и сцепления этого грунта. С учетом этих характеристик следует уточнить по прочности конструкцию дорожной одежды. Данный вариант заканчивают составлять при толщине дорожной одежды, полученной расчетом на прочность, которая равна или меньше величины, рассчитанной по морозоустойчивости. Если это условие не удовлетворено, то следует изменить конструкцию дорожной одежды или выбрать другие методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и повторить расчет на прочность и морозоустойчивость.
     
     1.8. Для обеспечения морозоустойчивости дорожной одежды необходимо, чтобы ожидаемая величина пучения грунтов для среднемноголетнего года по условиям промерзания не превышала допустимого значения. Для монолитных покрытий капитального типа нужно также ограничивать ожидаемую величину пучения грунтов повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.
     

     По продольному профилю трассы дороги следует выделять участки с однородным и неоднородным залеганием грунтов по степени неравномерности их пучения. К однородным нужно относить участки с грунтом одной разновидности или разных разновидностей при горизонтальном залегании слоев грунта в зоне промерзания под подошвой насыпи или основания выемки. Допустимое значение поднятия проезжей части надо определять в зависимости от типа покрытия дорожной одежды и характера залегания грунтов.
     
     Пучение грунтов существенно не влияет на ровность покрытия и долговечность дорожной одежды, если поднятие проезжей части в зимний период не превышает допустимых значений по формулам:  

     ;                                                    (1)

     
     при
     

,     (2)

     
где  - ожидаемое пучение грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки, см;  - ожидаемое суммарное пучение грунтов под дорожной одеждой, см;  - допустимая величина поднятия покрытия проезжей части, см;  - допустимая величина поднятия покрытия проезжей части при однородном залегании грунтов, см;  - коэффициент, учитывающий условия залегания грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки.
     
     В расчет следует включать следующие значения  см:
     

     Значения  без скобок нужно применять при включении в расчет величины пучения, подсчитанной для среднемноголетнего года по условиям промерзания; значения в скобках - для года повторяемостью один раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.
     
     В зависимости от характера залегания грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки необходимо включать в расчет следующие значения коэффициента :
     

     В восточных районах II-III дорожно-климатических зон значения  следует увеличивать на 20-40% (большее значение - для облегченных и переходных дорожных одежд).
     
     1.9. При оценке вариантов мероприятий по регулированию воднотеплового режима земляного полотна следует принимать в качестве основного критерия минимальные за срок сравнения приведенные затраты, которые представляют собой сумму приведенных капитальных вложений в дорожное строительство, транспортных расходов и расходов на эксплуатацию дороги.
     
     

2. ПРИТОК ВОДЫ В ГРУНТ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ

          
     2.1. Приток воды в грунт от атмосферных осадков следует устанавливать для трех периодов. Первый начинается осенью с момента влагонакопления в земляном полотне и заканчивается зимой при устойчивом промерзании грунта; второй имеет место при оттаивании грунтов под проезжей частью и обочинами во время зимних оттепелей; третий начинается весной с момента оттаивания рабочего слоя земляного полотна и заканчивается при превышении испарения воды над величиной впитывания осадков.
     
     Прогнозировать приток воды в грунт в первый и третий периоды увлажнения следует для расчетного года с наибольшей суммарной продолжительностью выпадения осадков с периодичностью повторения один раз за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды. Прогнозировать приток осадков в грунт во второй период увлажнения нужно для года со среднемноголетней суммарной продолжительностью выпадения осадков (в виде дождя и снега) в течение зимы.
     
     2.2. Для расчета притока воды в грунт необходимы следующие данные:
     
     типы покрытия проезжей части и укрепления обочин, а также размеры конструктивных элементов дороги: ширина проезжей части и обочин, продольный уклон дороги, поперечный уклон проезжей части и обочин (проектные данные);
     
     характеристика грунтов земляного полотна: коэффициент фильтрации, полная капиллярная влагоемкость, влажность на границе текучести и оптимальная влажность. При ориентировочных расчетах - коэффициент уплотнения грунта и оптимальная влажность;
     
     метеорологические факторы в последний месяц осени*:
________________
     * За конец осени и начало весны принята дата устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0 °С.
     
     количество осадков и число дождей, суммарная продолжительность выпадения осадков и дефицит влажности воздуха заданной обеспеченности, среднемесячные значения интенсивности дождя и скорости ветра;
     
     метеорологические факторы в первый месяц весны (такие же, как и в последний месяц осени);
     
     метеорологические факторы в зимний период: количество осадков, число дождей и суммарная продолжительность осадков, выпадающих в виде дождя, за каждый месяц зимы по среднемноголетним данным. Допускается определять суммарную продолжительность осадков, выпадающих в виде дождя, и число дождей по формуле (3) и табл.1. Для этого необходимы данные о суммарной продолжительности осадков, выпадающих в виде дождя и снега за каждый месяц зимы, и значения среднемесячных температур воздуха зимой по среднемноголетним данным.
     

Таблица 1

     
     
     Для зимы суммарная продолжительность осадков за месяц , мин, выпадающих в виде дождя, устанавливается по формуле     
     

,                                                          (3)

     
где  - суммарная продолжительность осадков за месяц, выпадающих в виде дождя и снега, по среднемноголетним данным, мин;  - коэффициент, 1/ °С;  - среднемесячная температура воздуха (со знаком минус), °С.
     
     Величину коэффициента  и число дождей зимой  следует устанавливать по табл.1 в зависимости от среднемесячной температуры воздуха.
     
     Значение капиллярной влагоемкости грунта (, доли единицы) можно принимать равной полной влагоемкости (, доли единицы) минус величина , которую определяют по табл.2.
     

Таблица 2

     
     
      Для песков мелких и пылеватых принимают те же значения , что и для глинистых грунтов при =20% (где  - влажность на границе текучести и  - коэффициент уплотнения грунта);     
     

,                                                               (4)

     
где , ,  - соответственно плотность частиц грунта, скелета грунта и воды, кг/м.
     
     При расчете по формуле (4) можно использовать осредненные значения плотности частиц грунта , кг/м, приведенные ниже:
     

     При установлении характерных участков дороги для расчета притока воды в земляное полотно необходимо учитывать подразделение территории II и III дорожно-климатических зон СССР на 5 районов по условиям увлажнения осадками (табл.3). В основу районирования положены среднемноголетние значения дефицита влажности воздуха и осадков, выпавших в первый весенний и последний осенний месяцы.
     

Таблица 3

     
     
     При расчете притока воды в грунт можно использовать метеорологические данные, приведенные в табл.4 для указанных районов по условиям увлажнения осадками.
     
     

Таблица 4

     
     
     2.3. Приток воды в грунт в первый период увлажнения атмосферными осадками следует определять по формулам:     
     

;                                                            (5)

,                                                (6)

     
где  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания грунта, м на 1 м;  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину в осенний период влагонакопления и зимой до устойчивого промерзания грунта, м на 1 м;  - коэффициент, учитывающий дополнительный приток воды, поступающей в грунт до и после расчетного месяца, безразмерная величина, ;  и  - количество воды, впитывающейся в последний осенний месяц расчетного года в грунт земляного полотна соответственно под проезжей частью и на обочинах, мм;  - количество воды, испаряющейся из грунта земляного полотна на обочинах в последний осенний месяц расчетного года, мм;  - площадь, м ( м).
     
     Приток воды во второй период увлажнения атмосферными осадками допускается определять (с запасом) по формулам:     
     

;                                                             (7)

     
,                                                                 (8)

где  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в период зимних оттепелей, м на 1 м;  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин и от стока воды с проезжей части на обочину в период зимних оттепелей, м на 1 м;  и - количество воды, впитывающейся в грунт соответственно под проезжей частью и обочиной в течение месяца, который характеризуется наибольшей суммарной продолжительностью выпадения осадков в виде дождя, мм.
     
     Приток воды в грунт в третий период увлажнения атмосферными осадками следует определять по формулам:     
     

;                                                               (9)

,                                           (10)

     
где  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части весной в период оттаивания грунта, м на 1 м;  - приток воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину весной в период оттаивания грунта, м на 1 м;  и  - количество воды, впитывающейся в первый весенний месяц расчетного года в грунт земляного полотна соответственно под проезжей частью и на обочинах, мм;  - количество воды, испаряющейся из грунта земляного полотна на обочинах в первый весенний месяц расчетного года, мм.
     
     2.4. Впитывание воды в грунт следует определять за последний осенний и первый весенний месяцы, а в районах с частыми оттепелями - и для зимнего месяца с наибольшей величиной .
     

Последовательность расчета впитывания воды

          
     Суммарную величину смачивания поверхности проезжей части и обочин , мм, определяют по формулам:
          

;*                                                (11)

________________
     * При расчете следует иметь в виду, что под знаком корня не показан коэффициент, равный единице, увязывающий принятые размерности.
     

,                                                            (12)

где ,  - показатели смачивания поверхности проезжей части и обочин, мм;  - число дождей расчетной повторяемости;  - дефицит влажности воздуха той же повторяемости, гПа;  - продолжительность дождя той же повторяемости, мин;  - продолжительность расчетного периода (месяца), мин.
     
     Значения показателей смачивания поверхности проезжей части и обочин приведены ниже:
     

     Для обочин, укрепленных щебнем или песчано-гравийной смесью, значения показателей смачивания принимают те же, что для оголенной грунтовой поверхности.
     
     Величину  устанавливают для первого и третьего периодов увлажнения атмосферными осадками, для второго периода  .
     
     Суммарное количество воды, впитывающейся в покрытие  , мм, определяют по формуле
     

*,                                              (13)

________________
     * При расчете следует иметь в виду, что под знаком логарифма, входящего в показатель степени, не показан коэффициент, равный единице, увязывающий принятые размерности.
          
где  - показатель водопроницаемости покрытия (для асфальтобетонных покрытий, находящихся в удовлетворительном состоянии, , для цементобетонных  мм);  - коэффициент, учитывающий степень заполнения влагой швов, микротрещин и пор бетонного камня перед дождем (для осеннего и зимнего периодов ; для весеннего  мин/мм);  - средняя интенсивность дождя, мм/мин;  - продолжительность впитывания воды в покрытие, мин     
     

,                                                              (14)

     
      - суммарная величина смачивания поверхности проезжей части, мм, определяемая по формулам (11) и (12).
     
     При возникновении трещин в асфальтобетонном покрытии следует принимать значение коэффициента  таким же, как для цементобетонного покрытия.
     
     Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна под проезжей частью , мм, вычисляют по выражениям:
     

при                                                                   

     при

;                                                        (15)

при                                                                  

     при

,                                                                   (16)

     
где  - количество воды, которое может впитаться в грунт, покрытый водой, в течение всего рассматриваемого периода, мм (см. разд.4);  - коэффициент, учитывающий испарение воды из дорожной одежды и нижележащего грунта и аккумуляцию влаги в слоях дорожной одежды в рассматриваемый период.
     
     При расчете впитывания за месяц могут быть приняты приведенные ниже значения коэффициента  в зависимости от дефицита влажности воздуха , гПа:
     

     Интенсивность поступления воды на обочину , мм/мин, определяется по формуле     
     

,                                                   (17)

где  - ширина односкатной или половины двускатной проезжей части по направлению стока воды, м;  - ширина обочины по направлению стока воды, м;  - интенсивность стока воды с проезжей части на обочину, мм/мин.
     
     Допускается принимать  и , где  и  соответственно ширина односкатной или половины двускатной проезжей части и ширина обочины, м;
          

.                                                            (18)

     
     
     Коэффициент впитывания воды в грунт земляного полотна (безразмерная величина) рассчитывают по выражению
          

,                                                        (19)

     
где  - коэффициент фильтрации, м/сут;  - влажность на границе текучести грунта, доли единицы;  - оптимальная влажность грунта, доли единицы;  - капиллярная влагоемкость грунта, доли единицы; 0,6 и 30 - значения коэффициентов, увязывающих принятые размерности.
     
     При ориентировочных расчетах можно определять величину коэффициента  по номограмме рис.1.
     
     

Рис.1. Номограмма для определения коэффициента впитывания
(цифры на кривых - коэффициенты уплотнения грунта)

1 - супеси; 2 - суглинки и глины

     
     
     Интенсивность впитывания воды в грунтовые обочины , мм/мин, составит:     
     

где 0,02 - интенсивность впитывания в грунт, принятая за эталон в момент появления стока воды в микрорусловой системе площадки, мм/мин;  - функция уклона поверхности, приведенная в табл.5.

________________
     * При расчете следует иметь в виду, что перед вторым членом уравнения, а также под знаком логарифма не показаны коэффициенты, равные единице, увязывающие принятые размерности.
     
     

Таблица 5

     
     
     Для облегчения расчета интенсивность впитывания можно определять по номограмме рис.2. методом подбора. Для этого при заданном значении интенсивности стока воды с обочины , мм/мин, устанавливают по графику величину , мм/мин. Затем вычисляют величину  по формулам:     
     

 и .

          
     При равенстве обоих значений  подбор закончен.
     
     

Рис.2. Номограмма для определения интенсивности впитывания

     
     
     Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна на обочинах , мм, следует устанавливать по формуле
          

,                 (22)

          
где  - коэффициент, учитывающий влияние типа укрепления обочин на количество впитывающейся в грунт воды (значения приведены в табл.6);  - суммарная величина смачивания поверхности обочины, мм, определяемая по формулам (11) и (12).
     
     2.5. Испарение воды из грунта земляного полотна следует определять за последний осенний и первый весенний месяцы расчетного года. Величина испарения через обочины , мм, определяется по выражению     
     

,                                       (23)

где  - коэффициент, учитывающий влияние типа укрепления обочин на процесс испарения (см. табл.6);  - интенсивность испарения воды через неукрепленные (грунтовые) обочины, мм/мин;     
     

*;                                           (24)

_______________
     * При расчете следует иметь в виду, что в формуле не показаны коэффициенты, равные единице, увязывающие принятые размерности.
     
     * - скорость ветра, м/с (м/с);
_______________
     * Соответствует оригиналу. - Примечание .
     
       - продолжительность периода испарения, мин:
     

.                                                             (25)

      
Таблица 6

3. РАСЧЕТНЫЕ ГОРИЗОНТЫ ГРУНТОВЫХ ВОД

          
     3.1. В качестве расчетных горизонтов грунтовых вод следует принимать их наивысшие уровни весной и осенью, а при наличии данных - и в конце зимы, в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и среднемноголетнее положение в летний период. При наличии верховодки за расчетный уровень этих вод принимают верхнюю линию оглеения грунтов.
     
     Гидрогеологический прогноз осуществляют на базе многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод по опорной наблюдательной сети Министерства геологии СССР и других ведомств, а также данных наблюдений за период изысканий. Обязательны региональные оперативные прогнозы режима грунтовых вод, составляемые ВСЕГИНГЕО.
     
     При наличии многолетних (не менее 20 лет) наблюдений за режимом грунтовых вод определение расчетных уровней начинают с формирования на базе имеющихся рядов наблюдений выборок, состоящих из уровней грунтовых вод в рассматриваемый сезон года, например на период промерзания зоны аэрации.
     
     Расчетные наивысшие уровни следует определять по кривой обеспеченности, построенной графически на клетчатке вероятностей.
     
     Если ряд наблюдений включает менее 20 лет, то нужно его удлинять по данным о пункте-аналоге или по гидрометеорологическим факторам.
     
     Аналог является эффективным и связь считается удовлетворительной для удлинения, если уравнение связи отвечает критериям Фишера и критерию Стьюдента, а коэффициенты парной или множественной корреляции являются существенно значимыми.
     
     3.2. При отсутствии многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод расчетные уровни можно определять, используя разовые замеры в период изысканий:     
     

,                                   (26)

          
где  - максимально возможный уровень грунтовых вод (минимальная глубина залегания от поверхности земли) в рассматриваемый сезон года, м;  - глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхности земли в период изысканий, проводимых в рассматриваемый сезон года, м;  - коэффициент относительного положения уровня грунтовых вод, безразмерная величина (определяется по карте прогнозов ВСЕГИНГЕО);  - амплитуда многолетних колебаний уровня грунтовых вод на глубине , м (определяется по рис.3 настоящего Пособия).     
     
     

Рис.3. Номограмма для определения амплитуды многолетних колебаний уровня грунтовых вод

1 - тяжелые супеси и суглинки; 2 - пески и легкие супеси; 3 - песчано-гравиные галечники

     
     
     Коэффициент  показывает, какую часть многолетней амплитуды составляет превышение уровня грунтовых вод в данном году (в котором проводились изыскания) от наиболее низкого за период наблюдений. Коэффициент  изменяется от 0 до 1. При коэффициенте, равном нулю, уровень грунтовых вод в данном году занимает минимальное в многолетнем ряду положение и, наоборот, при наивысшем уровне - коэффициент  равен единице. ВСЕГИНГЕО публикует и рассылает заинтересованным организациям карту значений коэффициента  для каждого года.
     
     Величину  можно определять по данным разовых замеров уровня грунтовых вод в любое время года. В этом случае нужно использовать типовые графики сезонных колебаний уровня грунтовых вод (рис.4). Они характеризуют тип и размах сезонных колебаний на междуречьях и высоких террасах на глубине от 0 до 10-12 м. Они могут быть использованы для всей территории европейской части СССР за исключением горных районов и территорий с глубоким (более 15 м) залеганием грунтовых вод.
           
     

Рис.4. Типовые графики сезонных колебаний уровня грунтовых вод в песках и легких супесях (а),
в тяжелых супесях и суглинках (б) и в песчано-гравийных отложениях (в)

     
     
     Из указанных графиков нужно выбрать типовую кривую сезонного колебания уровня грунтовых вод, соответствующую району изысканий. В качестве типовой следует принимать кривую, ближайшую к измеренному значению глубины залегания грунтовых вод.
     
     Расчет величины  следует проводить по формуле     
     

,                                                                            (27)

где  - максимальный уровень грунтовых вод по типовой кривой в рассматриваемый сезон года, м;  - отклонение наблюдаемого уровня грунтовых вод от соответствующего значения на типовой кривой, м.
     
     При расположении наблюдаемого уровня грунтовых вод выше соответствующего значения на типовой кривой следует принимать величину  со знаком минус, в противном случае - со знаком плюс.
     
     

4. ЭПЮРЫ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ ПЕРЕД ПРОМЕРЗАНИЕМ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

          
     4.1. Для прогноза эпюры влажности грунтов необходимо установить тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна согласно прил.1 настоящего Пособия.
     
      Эпюру влажности некондиционных песков морозозащитного слоя нужно определять в соответствии с изложенным в разд.7 настоящего Пособия.
     
     При 1-м типе увлажнения рабочего слоя следует определять эпюру влажности глинистых грунтов насыпи, а также грунтов под подошвой насыпи или в основании выемки, по данным расчета перемещения в этих грунтах капиллярной воды, источником которой являются атмосферные осадки, выпадающие на поверхность проезжей части и обочин. Расчет нужно проводить по формулам (28)-(33).
     
     При 2-м типе увлажнения рабочего слоя можно принимать без расчета влажность грунтов, равной капиллярной влагоемкости на участках дорог, проходящих в насыпи высотой не более 1,5 м, а также в выемках. Исключением являются некондиционные пески морозозащитного слоя, эпюру влажности которого определяют расчетом.
     
     При 3-м типе увлажнения рабочего слоя можно принимать без расчета влажность грунтов равной капиллярной влагоемкости над горизонтом грунтовых вод и верховодки на участках дорог, проходящих в насыпи высотой не более 1,5 м, а также в выемках. Исключением являются некондиционные пески морозозащитного слоя, эпюру влажности которого определяют расчетом. Влажность грунтов ниже горизонта грунтовых вод, а также в пределах толщи грунта, где возможно образование верховодки, нужно принимать равной полной влагоемкости.
     
     На участках дорог, проходящих в насыпи высотой более 1,5 м, нужно определять эпюру влажности грунтов расчетом по формулам (28)-(33).
     
     Допускается прогнозировать эпюру влажности грунтов от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин, по данным расчета перемещения собственно капиллярной воды по вертикальному направлению сверху вниз, а эпюру влажности грунтов от грунтовых вод или верховодки снизу вверх.
     
     Собственно капиллярная вода имеет, а капиллярно-подвешенная не имеет гидравлической связи с поверхностными и грунтовыми водами и с верховодкой.
     
     4.2. Для прогноза перемещения капиллярной воды нужно выделить на чертеже профиля дороги слои грунта разной разновидности и плотности и обозначить их (рис.5).
     
     

Рис.5. Эпюры влажности грунтов перед промерзанием земляного полотна

а - схема определения эпюры влажности грунта при его увлажнении грунтовыми водами;
б - схема определения эпюры влажности грунта при его увлажнении атмосферными осадками;
в - схема определения эпюры влажности многослойных грунтов при их увлажнении грунтовыми водами;
г - эпюры влажности двухслойных грунтов на различные моменты времени.
I, II*, II, IV - номера групп капилляров;
1, 2, ,  - номера слоев грунта; , ,  - толщина слоев грунта;
 ,  - оптимальная влажность соответственно 1-го и 2-го слоев грунта;
,  - капиллярная влагоемкость соответственно 1-го и 2-го слоев грунта

________________
     * Текст соответствует оригиналу. - Примечание .

     
     
     При определении эпюры влажности грунтов от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части, обозначают индексом  слой грунта непосредственно под дорожной одеждой; следующий слой - индексом  и т.д. При этом конечный слой грунта, в котором рассматривается перемещение капиллярной воды, обозначают индексом . При наличии морозозащитного (дренирующего) слоя из некондиционных песков обозначают индексом  слой грунта под ними.
     
     Аналогично обозначают слои грунта под обочинами при прогнозе перемещения капиллярной воды сверху вниз.
     
     За начало отсчета глубин просачивания воды следует принимать: под проезжей частью - низ дорожной одежды, под обочинами - низ их укрепления, а при наличии морозозащитных (дренирующих) слоев из некондиционных песков - низ этих слоев.
     
     При определении эпюры влажности от грунтовых вод или верховодки обозначают индексом  слой грунта непосредственно над горизонтом этих вод. В этом случае отсчет расстояния, на которое просочилась капиллярная вода, нужно начинать от горизонта грунтовых вод или верховодки.
     
     Эпюру влажности грунта получают по данным расчета расстояний (, , , , м), на которые просочилась вода, по четырем группам капилляров, каждая из которых объединяет капилляры с одинаковыми размерами поперечного сечения.
     
     Каждая группа капилляров характеризуется своими значениями удельной движущей силы мениска , Па, и коэффициента просачивания воды в грунте , м/с.
     
     Перемещение капиллярной воды в грунтах следует устанавливать по группам капилляров. Для слоистых грунтов расчет проводят по уравнениям:     

;          (28)
     

;                                                                     (29)

;                                                                           (30)

;                                 (31)

;                                                  (32)

;                                                  (33)

где  - продолжительность перемещения воды в слое грунта, обозначенном индексом , с;  - расстояние, на которое просочилась вода, м; ,  - коэффициенты просачивания воды, в слоях грунта, обозначенных индексами  и , м/с; ,  - угол между осью по направлению движения воды и горизонтальным радиусом тригонометрического круга, град (функциям  приписывается определенный знак в зависимости от того, в какой четверти тригонометрического круга лежит ось по направлению движения воды). При перемещении воды по вертикальному направлению вверх ; при перемещении вниз ; ,  - удельная движущая сила мениска воды в слое грунта, обозначенном индексом , соответственно при фактической температуре и температуре 10 °С, Па;  - ускорение свободного падения, м/с;  - толщина слоя воды на поверхности, м;  - толщина слоя грунта, м; ,  - коэффициенты соответственно для I и IV группы капилляров грунта, характеризующие степень их заполнения водой (при просачивании воды на всю толщину слоя грунта , в остальных случаях );  - коэффициент просачивания воды в грунте при температуре 10 °С, м/с;  - температура воды в грунте, °С.

     
     Для I группы капилляров грунта в расчет включают значения: ,  , ; для II, III и IV групп капилляров - соответствующие величины.
     
     Значения удельных движущих сил менисков и коэффициентов просачивания, входящие в расчет, нужно устанавливать экспериментально, согласно прил.2, или принимать по табл.7 настоящего Пособия.
     
     

Таблица 7

          
     Примечание.  - удельная движущая сила мениска воды в грунте, гПа, при температуре 10 °С;  - коэффициент просачивания воды в грунте, м/с, при температуре 10 °С.
     
     
     Температура незначительно влияет на перемещение капиллярной воды, поэтому для осени и весны можно использовать в расчетах средние значения температуры, равные 5 °С.
     
     Для установления продолжительности просачивания воды через толщу слоистых грунтов нужно суммировать величины , полученные для отдельных слоев грунта.
     
     При однослойном грунте значения ,  и  нужно принимать равными нулю. В этом случае перемещение капиллярной воды можно определять по номограммам на рис.6.
     
     
     

Рис.6. Номограмма для расчета перемещения капиллярной воды вертикально вниз (а) и вверх (б)

 - удельная движущая сила мениска;  - плотность воды;
  - ускорение свободного падения;  - слой воды на поверхности

     
     
     Влажность грунта в сечении земляного полотна равна , когда все группы капилляров заполнены водой. В этом случае , , ,  больше расстояния до рассматриваемого сечения. При , , ,  меньше этого расстояния . При достижении рассматриваемого сечения водой в одной группе капилляров , при двух - , при трех - .
     
     4.3. Для конструкций без морозозащитного (дренирующего) слоя из песка эпюру влажности глинистых грунтов от атмосферных осадков устанавливают таким образом. Вначале с помощью номограммы (см. рис.6, а) или по формулам (28)-(33) определяют глубины  , , , , на которые может просочиться вода соответственно в I, II, III и IV группах капилляров грунта под проезжей частью на различные моменты времени.
     
     По данным таких расчетов устанавливают объемы воды, которые поступают в грунт на те же моменты времени, и сравнивают их с притоком воды в грунт от атмосферных осадков, выпадающих на проезжую часть, . За искомые принимают глубины, при которых сравниваемые величины равны. Аналогично рассчитывают глубины, на которые может просочиться вода под обочинами. Объем воды , м на 1 м, который поступает в грунт на заданный момент времени, можно рассчитать по формуле     
     

.                         (34)

     
     Затем определяют, согласно изложенному в 4.2, эпюры влажности грунта под проезжей частью и обочиной.
     
     Аналогичным образом следует устанавливать эпюру влажности глинистых грунтов под морозозащитным (дренирующим) слоем из некондиционных песков от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин. Разница только в определении значения глубин , , , , на которые может просочиться вода соответственно в I, II, III, и IV группах капилляров глинистого грунта от низа морозозащитного (дренирующего) слоя. Эти величины нужно устанавливать согласно п.7.3 настоящего Пособия.
     
     4.4. При 3-м типе увлажнения рабочего слоя земляного полотна следует установить возможность поступления в этот слой капиллярной воды от уровня грунтовых вод в летний период. Такое явление может иметь место, когда расстояние по вертикали от среднемноголетнего положения горизонта грунтовых вод в летний период до подошвы рабочего слоя менее величины     
     

,

     
где ; ; ;  - значения удельных движущих сил менисков воды в грунте с ненарушенной структурой.
     
     При возможности указанного поступления капиллярной воды нужно определить эпюру влажности грунта рабочего слоя в летний период, включая в расчет следующие данные:     
     

; ;

     
; .

В этом случае значения ; ; ;   нужно принимать для грунта рабочего слоя земляного полотна. Отсчет расстояний , , ,  следует проводить от среднемноголетнего положения горизонта грунтовых вод в летний период.
     
     

5. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

          
     5.1. Для прогноза плотности, влажности и пучения промерзающих грунтов следует проводить расчет температурного поля земляного полотна в зимний период. В результате этого расчета нужно установить на один и тот же момент времени значения глубин, на которых температура грунта равна ,  и , где  - температура льдообразования при оптимальной влажности грунта, а  и  - температуры, характеризующие кривую содержания незамерзшей воды в грунте (см. табл.12). По данным расчета температурного поля следует также определить среднюю скорость промерзания грунта.
     
     Температурное поле земляного полотна нужно прогнозировать с учетом процессов теплопередачи и массопереноса. Для этого следует проводить расчет температурного поля в два этапа. Первый расчет проводят при значениях коэффициента теплопроводности и количестве замерзшей воды, соответствующих плотности и влажности грунтов перед промерзанием. Второй расчет проводят при величине коэффициента теплопроводности, соответствующей среднеарифметическим значениям плотности и влажности в период промерзания и при количестве замерзшей воды, соответствующей влажности грунта после промерзания.
     
     5.2. Для расчета температурного поля необходимы приведенные ниже данные:
     
     климатические параметры для трех расчетных периодов: наиболее холодного и наиболее теплого года (периодичностью повторения 1 раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды) и года со среднемноголетними температурами (принимают по табл.8 или устанавливают по прил.3);
     
     среднемесячная скорость ветра за зиму (по данным гидрометеослужбы);
     
     конструкция дорожной одежды (материалы слоев, толщина и плотность слоев по проекту);
     
     грунтовый разрез земляного полотна и основания насыпи или выемки (наименование грунта и толщина слоев из этих грунтов по данным проекта) в пределах предполагаемой зоны промерзания;
     
     плотность грунтов перед промерзанием (плотность скелета грунта земляного полотна по проекту, то же, для грунтов в основании насыпи или выемки по данным изысканий или согласно изложенному в п.1.6 Пособия;
     
     влажность грунтов перед промерзанием (принимают по данным расчета согласно разд.4);
     
     среднее положение уровня грунтовых вод в зимний период (принимают согласно разд.3).
     

Таблица 8

          
     Примечания: 1. В таблице приведены значения климатических параметров для наиболее холодного и наиболее теплого года повторяемостью один раз в 20 лет и для среднемноголетнего года. 2. При проектировании автомобильных дорог в районах, для которых нет данных о климатических параметрах, необходимо устанавливать эти параметры по прил.3.
     
     
     5.3. С учетом указанных исходных данных следует определить значения коэффициентов теплопроводности слоев дорожной одежды, мерзлых грунтов земляного полотна и основания насыпи или выемки. Их нужно устанавливать экспериментально или принимать по табл.9 и 10.
     
     

 Таблица 9

     
     
Таблица 10

     
     
     Нужно также определить температуру льдообразования и содержание незамерзшей воды в слоях грунта. Эти величины устанавливают экспериментально или принимают по табл.12 и по формуле, где количество незамерзшей воды в грунте , доли единицы:
          

,                                          (35)

где  - коэффициент, зависящий от типа грунта, числа пластичности и температуры мерзлого грунта;  - влажность грунта на границе раскатывания, доли единицы.
     
      Применительно к расчету температурного поля содержание незамерзшей воды нужно устанавливать при температуре грунта, при которой определяется его коэффициент теплопроводности. Тогда можно принять следующие значения коэффициента :
     

     
     Устанавливают количество замерзшей воды (, доли единицы) в слоях земляного полотна и в основании насыпи или выемки в пределах предполагаемой зоны промерзания:     
     

,                                                           (36)

где  - влажность грунта перед его промерзанием, доли единицы;  - плотность скелета грунта перед его промерзанием, кг/м.
     
     Для расчета температурного поля земляного полотна необходимо также определить величину термического сопротивления дорожной одежды     
     

;                                                           (37)

;                                                       (38)

 ;                                                             (39)

 ,                                                      (40)

где  - коэффициент теплопроводности эквивалентного слоя дорожной одежды, Вт/(м·К);  - количество конструктивных слоев дорожной одежды;  - толщина конструктивного слоя дорожной одежды, м;  - коэффициент теплопроводности слоя дорожной одежды, Вт/(м·К);  - толщина эквивалентного по теплофизическим свойствам слоя дорожной одежды, м;  - коэффициент теплообмена на поверхности дорожной одежды, Вт/(м·К);  - среднемесячная скорость ветра, м/с;  - термическое сопротивление дорожной одежды, м·К/Вт.
     
     5.4. Расчет температурного поля следует проводить в предлагаемой далее последовательности.
     
     Вначале задаются глубиной промерзания  и вычисляют значения , , .
     
     Под глубиной промерзания за зиму , м, следует понимать расстояние от низа дорожной одежды до глубины с температурой, равной . При устройстве морозозащитного слоя из некондиционных песков за низ дорожной одежды принимают верхнюю поверхность морозозащитного слоя:     
     

;                                                      (41)

;                                                           (42)
,                                                       (43)

где  - коэффициент теплопроводности эквивалентного по теплофизическим свойствам мерзлого слоя грунта, Вт/(м·К);  - коэффициент теплопроводности отдельного слоя мерзлого грунта, Вт/(м·К);  - количество слоев грунта в зоне промерзания;  - толщина слоев грунта в зоне промерзания;  - количество замерзшей воды в эквивалентном слое грунта, доли единицы;  - температура льдообразования в эквивалентном слое грунта, °С;  - температура льдообразования в отдельном слое грунта, °С.
     
     По рис.7 устанавливают минимальную температуру грунта под дорожной одеждой  в зимний период при известных значениях , и . Затем определяют по рис.8 параметр  при известной величине отношения , по рис.9,а - параметры  и  в зависимости от , . Аналогично устанавливают по рис.9,б параметры  и  и вычисляют глубину промерзания по формуле     
     

.               (44)

     Входящие в формулу (44) значения  и  не могут быть больше величин:
          

;

.

Рис.7. Номограмма для определения минимальной температуры грунта

Рис.8. Номограмма для определения параметра , входящего в расчет глубины промерзания

Рис.9. Номограмма для определения параметров ,  (а) и ,  (б),
входящих в расчет глубины промерзания грунта

     
     
     Расчет глубины промерзания можно считать законченным при разнице между заданным значением  и соответствующей величиной по формуле (44) менее 1%. В противном случае нужно задаться новым значением  и повторить расчет.
     
     Дополнительным источником тепла, который необходимо учитывать прогнозируя температурное поле земляного полотна, являются грунтовые воды. Влияние грунтовых вод на температуру грунта можно учесть, введя коэффициент (см. табл.11) к величине .
     
     

Таблица 11

          
     Примечания: 1. Величину  следует принимать равной расстоянию от низа дорожной одежды до среднего положения уровня грунтовых вод в зимний период.
     
     2. В разность  входит значение глубины промерзания по формуле (44) при величине коэффициента, равного 1.
        
     
     С учетом указанного коэффициента определяют новое значение  и повторяют расчет глубины промерзания по формуле (44).
     
     Следующим этапом расчета является определение продолжительности понижения температуры грунта под дорожной одеждой от величины  до . Продолжительность этого периода , сут, устанавливают по рис.10, а в зависимости от и  при известных значениях ,  и .
     
 

Рис.10. Номограмма для определения продолжительности периода понижения (а)
и запаздывания (б) температуры грунта

     По рис.10, б находят параметры  и  в зависимости от  и . После этого вычисляют продолжительность периода (в сутках) от начала зимы до перехода температуры грунта под дорожной одеждой через значение, равное :     
     

.                               (45)

     Затем вычисляют продолжительность периода (в сутках) от начали зимы до момента промерзания грунта на глубину :
          

.                                                  (46)

          
     Значение глубины  следует принимать равным расстоянию от низа дорожной одежды до середины каждого слоя грунта толщиной .
     
     На заключительном этапе работы устанавливают для каждого слоя грунта значения глубин, на которых температура грунта равна ,  и  на один и тот же момент времени. Расчет проводят по формуле

.                                     (47)

     При  имеем ; при  имеем ; при  имеем .
     
     Кроме этого, вычисляют среднюю скорость промерзания грунта , м/с:     
     

.                                        (48)

     
6. ПЛОТНОСТЬ, ВЛАЖНОСТЬ И ПУЧЕНИЕ ПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТОВ

          
     6.1. Для прогноза плотности, влажности и пучения грунтов, которые следует ожидать при эксплуатации дороги, необходимы следующие данные: местоположение дороги (область, район, пункт); тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. прил.1); наивысшие уровни грунтовых вод осенью, в конце зимы и весной в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и среднемноголетнее положение в летний период, а также расчетный уровень залегания верховодки (см. п.3) на участках 3-го типа увлажнения земляного полотна; конструкция дорожной одежды (материалы, толщина и плотность слоев); грунтовый разрез земляного полотна и естественного основания (характеристика грунта по дорожной классификации и толщина слоев из этих грунтов) в пределах зоны промерзания и ниже до горизонта грунтовых вод или верховодки; плотность грунтов земляного полотна по проекту и плотность грунтов естественного основания по данным изысканий в конце осени. При отсутствии данных полевых испытаний грунтов естественного основания можно принимать значения их плотности согласно п.1.6.
     
     Помимо этого нужно знать: показатели капиллярных свойств грунтов, коэффициенты пучения грунтов, содержание незамерзшей воды и температуру льдообразования, коэффициенты, учитывающие влияние нагрузки на пучение грунтов, и коэффициенты линейной усадки грунтов. Эти величины определяют экспериментально (см. прил.2 и 4). При ориентировочных расчетах их принимают по графикам рис.11 и табл.7, 12 и 13.
     
     

Рис.11. Значение коэффициентов пучения грунтов в зависимости от их коэффициентов уплотнения

Iб - мелкий песок (содержание пыли и глины не более 10%);
la - пылеватый песок (содержание пыли и глины не более 10%); II - супесь; III - суглинок; IV - глина

 Таблица 12  

          
     Примечание. Перед чертой приведены показатели для суглинка с числом пластичности 12 и менее; после черты - с числом пластичности более 12.
     
     

Таблица 13

     
      
     Для прогноза плотности, влажности и пучения промерзающих грунтов необходимо предварительно определить эпюру влажности грунтов перед промерзанием, согласно п.4, и температурное поле земляного полотна в зимний период согласно п.5 настоящего Пособия.
     
     При отсутствии данных о положении грунтовых вод в различные периоды года можно определять плотность, влажность и пучение грунтов в зимний период, принимая (с запасом) в качестве расчетного уровня этих вод горизонт оглеения.
     
     6.2. Прогноз значений плотности и влажности грунта и его пучения следует проводить для всех слоев грунта разного вида и плотности в пределах зоны промерзания, включая морозозащитный слой из некондиционного песка, рабочий слой земляного полотна и основание насыпи или выемки. Грунт, расположенный ниже горизонта грунтовых вод или верховодки в осенний период, следует выделять в отдельный слой с влажностью, равной полной влагоемкости.
     
     Расчет начинают с определения средней скорости промерзания грунта по формуле (48). Затем устанавливают для каждого слоя грунта в пределах зоны промерзания характеристики кривой содержания незамерзшей воды: , , , , , где  - температура льдообразования при оптимальной влажности грунта, °С;  и  - температуры, соответствующие точкам "а" и "б" на кривой содержания незамерзшей воды, °С;  и  - количество незамерзшей воды (доли единицы), соответствующие точкам "а" и "б" в табл.12. После этого вычисляют по формуле (47) для всех слоев грунта в пределах зоны промерзания значения глубин , , , на которых температура грунта соответственно равна ,  и  на один и тот же момент времени.
     
     Затем нужно на те же моменты времени определить для каждого слоя грунта значения градиентов незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания по формулам:
          

;                                      (49)

,                                                (50)

     
где  - градиент незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания, безразмерная величина;  - плотность скелета грунта в зоне промерзания на рассматриваемый момент, кг/м;  - объем грунта, м (м);  - площадь поперечного сечения грунта, м (м).
          
     Вначале в расчет включают плотность грунта перед промерзанием и определяют в первом приближении пучение грунта. По величине пучения устанавливают плотность грунта после промерзания. По плотности до и после промерзания определяют среднее значение плотности грунта в период промерзания, которое вводят в формулу (49) и повторяют расчет.
     
     Затем нужно установить значения коэффициентов пучения грунта , м/с (см. рис.11). При промерзании многослойной грунтовой толщи их нужно устанавливать для каждого слоя земляного полотна.
     
     По формуле нужно определить среднее за период промерзания земляного полотна значение функции влияния нагрузки на величину пучения грунта  (безразмерная величина):      
     

,                                       (51)

где  - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на пучение грунта, безразмерная величина (см. табл.13);  - нагрузка на зону пучения грунта, равная весу дорожной одежды и слоев грунта до глубины промерзания земляного полотна, Па;  - нагрузка на грунт, при которой устанавливается значение коэффициента , Па ( кПа).
     
     Далее определяют величину расхода пленочной воды , м/c, поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью более оптимальной:
          

.                                                      (52)

          
     После этого переходят к определению величины расхода капиллярной воды в талом грунте, которая может поступить к границе промерзания. При всех типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна нужно прогнозировать величину расхода капиллярно-подвешенной воды, а при 3-м типе увлажнения также и величину расхода собственно капиллярной воды. В последнем случае в качестве расчетной следует принимать наибольшее из двух полученных значений расходов капиллярной воды на границе промерзания.
     
     Для определения указанных значений расходов воды следует предварительно вычислить по формулам (32) и (33) значения показателей капиллярных свойств грунта при температуре 0 °С. Затем нужно вычислить по формуле (4) величину полной влагоемкости грунта и величину его капиллярной влагоемкости согласно п.2.2 настоящего Пособия. После этого нужно установить искомые значения расхода капиллярной воды.
     
     Среднее значение расхода капиллярно-подвешенной воды , м/с, которая может поступить к границе промерзания, нужно вычислять для всех слоев грунта в пределах зоны промерзания:
          
     При                                                                    

;        (53)

     
     
     При                                   

;                       (54)

     
     При                                 
     

,                     (55)

где  - начальная влажность грунта под границей промерзания, доли единицы;  - начальная плотность скелета грунта под границей промерзания, кг/м;  - среднее расстояние, на которое перемещается капиллярно-подвешенная вода, м; , ,  - удельные движущие силы менисков соответственно в I, II, III группах капилляров грунта с капиллярно-подвешенной водой, Па; , ,  - коэффициенты просачивания воды соответственно в I, II и III группах капилляров грунта, м/с.
     
     При определении расхода капиллярно-подвешенной воды в морозозащитном слое, в рабочем слое земляного полотна и в основании насыпи или выемки следует принимать величину , равную половине толщины промерзшего слоя грунта, с влажностью более оптимальной.
     
     Величину  допускается принимать равной среднему значению влажности в слое грунта:
     
     при расчете по формуле (53) -
          

, ,

, ;

          
     при расчете по формуле (54) -
          

, , ;

          
     при расчете по формуле (55) -     

; .

     
     При определении величины расхода капиллярно-подвешенной воды в грунте рабочего слоя нужно включать в расчет значения , , , , , , , , соответствующие этому слою. То же и для других слоев грунта, для которых определяют величину расхода .
     
     При  алгебраическая сумма величин в круглых скобках в формулах (53)-(55) принимается равной нулю. То же при  и .
     
     Среднее значение расхода собственно капиллярной воды , м/с, которая может поступить к границе промерзания, нужно вычислять по формуле (56) для всех слоев грунта в пределах зоны промерзания.
     
     При определении величины  в первом над горизонтом грунтовых вод или верховодки слоев грунта значения , ,  и , входящие в формулу (56), нужно принимать равными нулю.
     
     При определении величины  во втором над горизонтом грунтовых вод или верховодки слое грунта значения , , ,   следует определять по формулам (57)-(60). В этих формулах значения коэффициентов просачивания воды , , ,  относятся ко второму слою грунта, а величины , , ,  - к первому слою грунта над горизонтом грунтовых вод или верховодки. Значения движущих сил менисков воды , , , ,  которые приведены в формуле (56), относятся ко второму слою грунта над горизонтом грунтовых вод или верховодки.
     
     При определении величины  в третьем и вышележащих слоях грунта над горизонтом грунтовых вод или верховодки значения , , ,   следует устанавливать по формуле (31).
    
     Величина  в формуле (56) равна расстоянию от горизонта грунтовых вод или верховодки до середины промерзшей части слоя грунта, в котором устанавливают значение :
             

              (56)

.                               (57)


;                             (58)

;                              (59)

,                          (60)

     
     
где  - толщина первого слоя грунта над горизонтом грунтовых вод или верховодки, м.
     
     В зависимости от начальной влажности грунта ряд значений в формуле (56) принимают равным нулю:
          
     При                                                
     

;

     
     При                                                
     

;

;

     
     При                                                   
     

;

;

.

      Затем определяют влажность грунта  (доли единицы) под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой. Величина :
        

       .                                                  (61)

     
     Усадку грунта при промерзании определяют по формулам:
          

;                                                        (62)

,                                                     (6З)

     
где  - относительная величина усадки грунта при промерзании, доли единицы;  - величина усадки грунта в пределах мерзлого слоя земляного полотна, см;  - коэффициент линейной усадки грунта, безразмерная величина;  - толщина мерзлого слоя грунта, м.
     
     При начальной плотности грунтов не более максимальной величины по методу стандартного уплотнения можно использовать следующие значения коэффициента линейной усадки: для пылеватого песка и легкой супеси - 0,1; супеси пылеватой и тяжелой пылеватой - 0,2; суглинков легких и легких пылеватых - 0,3; суглинков тяжелых и тяжелых пылеватых и глин - 0,5.
     
     При начальной плотности грунтов более максимальной величины по методу стандартного уплотнения можно не учитывать их усадку.
     
     Затем нужно установить плотность скелета грунта , кг/м, под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой по формуле      
     

.                                                                 (64)

     
     Величина . При  можно принять .
     
     Вычисляют значение критической влажности грунта , доли единицы, при которой воздухоемкость мерзлого грунта равна нулю:     
     

.                                                         (65)

          
     Определяют среднее за период промерзания значение расхода пленочной воды , м/c, поступающей из талого грунта в мерзлый слой:
          

     При этом величина расхода по формуле (67) не может быть более значения, вычисленного по формуле (66). При промерзании слоев грунта, расположенных ниже горизонта грунтовых вод или горизонта верховодки, .
     
     Затем нужно определить влажность грунта в мерзлом слое земляного полотна , доли единицы:     
     

.                                                                          (68)

          
      После этого нужно рассчитать величину пучения грунта , см, за счет миграционного льдонакопления.
             
     при                                                                  
     

,     (69)

     
где  - толщина мерзлого слоя грунта, для которого определяют величину пучения, м.
     
     При этом величина пучения по формуле (69) не может быть больше значения:
          

.             (70)

          
     При                                                                   
     

.       (71)

     Для слоя грунта с влажностью  величина пучения равна нулю.
     
     Затем надо определить величину пучения грунта , см, по формуле
          

,                                                       (72)

     
где  - величина усадки грунта в зимний период в пределах талого слоя земляного полотна, см.
     
     При промерзании многослойной грунтовой толщи величины  и  определяют для каждого слоя (песчаного грунта морозозащитного слоя, глинистого грунта рабочего слоя и основания насыпи или выемки) и суммируют. Величина усадки грунта в зимний период в пределах талого слоя земляного полотна сравнительно невелика и ею можно пренебречь в запас прочности земляного полотна. Далее надо установить плотность грунта в конце зимы:
          

,                                                              (73)

          
где  - коэффициент уплотнения после пучения грунта зимой;  - коэффициент уплотнения грунта осенью;  - относительная величина пучения грунта.
     
     Величина , входящая в формулу (73), равна отношению
          

.

          
     6.3. Плотность грунтов весной после оттаивания земляного полотна рассчитывают в предлагаемой последовательности.
     
     Вначале нужно установить по графику рис.12 минимальное значение коэффициента уплотнения грунта весной, который можно ожидать при многократном промерзании-оттаивании в условиях, когда не происходит усадки грунта в теплый период времени. Эту величину определяют в зависимости от плотности грунта в момент постройки дороги и давления на рассматриваемый слой земляного полотна от веса вышележащего грунта и дорожной одежды.
     
     

Рис.12. Графики для определения минимального значения коэффициента уплотнения грунта после осадки

а - мелкий песок; б - пылеватый песок; в - супесь; г - легкий суглинок; д - тяжелый суглинок; г - глина

     
     
     Затем по графику рис.13 устанавливают осадку грунта , см, при известных значениях коэффициента уплотнения грунта перед промерзанием, минимальном коэффициенте уплотнения после осадки и пучения грунта.
     
     

Рис.13. График для определения осадки грунта в расчетном году

     
     Далее вычисляют коэффициент уплотнения грунта после осадки весной , безразмерная величина
          

,                                                                            (74)

где  - относительная величина осадки грунта.
     
      Величина , входящая в формулу (74), равна отношению
          

.

          
     6.4. Плотность грунтов в летний период рассчитывают в следующем порядке.
     
     Определяют величину относительной усадки грунтов в летний период:
          

,                                                         (75)

где  - влажность грунта в летний период, доли единицы;   - полная влагоемкость грунта при плотности грунта после осадки весной, доли единицы.
     
     При 1-м и 2-м типах увлажнения рабочего слоя (см. прил.1) ; при 3-м типе влажность в летний период следует устанавливать по эпюре влажности (см. п.4.4). При ориентировочных расчетах можно использовать значения коэффициентов линейной усадки грунта, приведенные в п.6.2 настоящего Пособия.
     
     Затем вычисляют значение коэффициента уплотнения после усадки грунта летом ( - безразмерная величина):
          

.                                                                 (76)

     
     Величина . При  можно принять .
     
     6.5. Для решения вопросов по обеспечению прочности и морозоустойчивости дорожной одежды необходимо знать минимальное значение плотности, максимальное значение влажности и максимальную величину пучения грунта в период эксплуатации дороги между капитальными ремонтами дорожной одежды (см. разд.1 настоящего Пособия).
     
     Для определения указанных величин следует установить возможность разуплотнения грунтов, при котором не происходит восстановления первоначальной плотности в процессе эксплуатации дороги. Такое явление имеет место, когда величина коэффициента уплотнения грунта в летний период, вычисленная по формуле (76), менее плотности грунта при строительстве дороги. В этом случае необходимо повторить весь расчет по разд.2-6 при плотности, вычисленной по формуле (76). При этом набухание грунта осенью можно не учитывать, так как оно незначительно при влажности летом, равной или более оптимальной. При получении того же значения коэффициента уплотнения грунта в летний период, что и ранее, расчет заканчивают.
     
     При  расчетное среднее значение влажности грунта в рабочем слое земляного полотна , где  - влажность грунта в мерзлом слое по формуле (68).
     
     При  значение  определяют по данным о влажности грунта в конце зимы и притоке воды в весенний период от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин, и от поверхностных и грунтовых вод. Значение максимальной влажности грунта при  можно принимать (с запасом, равным ) при коэффициенте уплотнения грунта по формуле (73).
     
     При  минимальное значение коэффициента уплотнения грунта весной расчетного года определяют по формуле

.                                        (77)

          
при  , где  - коэффициент уплотнения грунта в конце зимы по формуле (73).
     
     

 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОРОЗОЗАЩИТНЫХ,
ДРЕНИРУЮЩИХ И ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ СЛОЕВ

     
     7.1. Толщину морозозащитного слоя из некондиционных песков проектируют так, чтобы обеспечить морозоустойчивость дорожной одежды благодаря замене глинистых грунтов менее пучинистыми некондиционными песками. Толщина морозозащитного слоя должна быть также достаточной, чтобы обеспечить размещение поступающей в конструкцию воды без снижения прочности дорожной одежды при условии работы этого слоя по принципу поглощения.
     
     Для устройства морозозащитного слоя можно применять некондиционные пески, которые удовлетворяют трем основным требованиям. Во-первых, коэффициент пучения песка должен быть таким, чтобы пучение покрытия не превышало допускаемой величины. При этом чем толще морозозащитный слой, тем может быть больше коэффициент пучения песка. Во-вторых, расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления в песке должны быть такими, чтобы не происходило сдвига в этом песке под действием транспортной нагрузки. Указанные прочностные характеристики нужно устанавливать с учетом длительного размещения в порах песка морозозащитного слоя свободной воды. В-третьих, коэффициент фильтрации песка должен быть таким, чтобы не происходило образования слоя воды под дорожной одеждой, а атмосферные осадки, поступающие через покрытие проезжей части в морозозащитный слой, полностью впитывались в поры песка этого слоя.
     
     7.2. При устройстве земляного полотна морозозащитный слой в насыпи располагают на всю ширину земляного полотна для того, чтобы обеспечить условия для испарения воды через откосы.
     
     В случае расположения морозозащитного слоя в зоне капиллярной каймы над горизонтом грунтовых вод в течение всего года (в том числе и в летний период) практически исключается отток воды из этого слоя в нижележащий грунт. При таких условиях морозозащитный слой может быть на длительное время полностью заполнен водой в результате притока атмосферных осадков и поступления влаги из нижележащего грунта. Для того чтобы этого не произошло, следует предусматривать устройство дренирующей прослойки из нетканых синтетических материалов для отвода свободной воды из морозозащитного слоя. Такую прослойку укладывают под морозозащитный слой на всю ширину земляного полотна с выпуском полотнищ на откосы насыпи.
     
     В выемках морозозащитный слой устраивают на ширину проезжей части с трубчатыми дренами под краевыми полосами при 1-м и 2-м типах увлажнения земляного полотна; при 3-м типе морозозащитный слой нужно располагать на всю ширину земляного полотна между подкюветными дренажами. В западных районах (западнее линии Нарва-Псков-Смоленск-Орел-Воронеж) II-III дорожно-климатических зон нужно предусматривать устройство дренирующей прослойки из нетканых синтетических материалов для предохранения морозозащитного слоя от притока воды сверху в период зимних оттепелей. В насыпи такую прослойку располагают над морозозащитным слоем на всю ширину земляного полотна, в выемке - между дренами.
     

     7.3. В зависимости от источников поступления воды в морозозащитный слой в осенне-зимний период можно выделить три схемы расчета пучения песков этого слоя. Первая схема применяется при увлажнении песков морозозащитного слоя только атмосферными осадками, вторая - при поступлении в этот слой поверхностных и грунтовых вод и верховодки, третья - при горизонте грунтовых вод и верховодки выше отметки низа морозозащитного слоя.
     
     Первая схема расчета пучения грунта соответствует 1-му типу увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. прил.1). Эта же схема расчета применяется при 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна при условии, что расстояние (по вертикали) от горизонта поверхностных или грунтовых вод или верховодки до низа морозозащитного слоя больше величины капиллярного поднятия воды в песке.
     
     При расчете пучения песка по первой схеме вначале устанавливают максимальное количество воды, которое может просочиться из морозозащитного слоя  в нижележащий глинистый грунт. При устройстве морозозащитного слоя на всю ширину земляного полотна расчет проводят по формуле     
     

,                     (78)

          
где  - максимально возможная величина оттока воды из морозозащитного слоя в нижележащий глинистый грунт (средневзвешенное значение по ширине земляного полотна) в осенний период влагонакопления и часть зимы до промерзания песка упомянутого слоя, м на 1 м;  - ширина проезжей части, м;  - ширина обочины, м;  - ширина земляного полотна под морозозащитным слоем, м;  - испарение воды из морозозащитного слоя через откосы земляного полотна в осенний периодвлагонакопления и часть зимы до устойчивого промерзания грунта, м на 1 м;  - протяженность зоны испарения воды из морозозащитного слоя по высоте откоса насыпи, м.
     
     Величину  определяют по формулам (23) и (24) за последний осенний месяц. При этом в расчет по формуле (23) дополнительно вводят коэффициент  для учета испарения воды до и после расчетного месяца.
     
     Величина  равна , где  - высота капиллярного поднятия воды в песке, м, но не более толщины морозозащитного слоя;  - заложение откосов насыпи. Величину  можно принимать равной , где  - среднеарифметическое значение удельных движущих сил менисков воды в песке морозозащитного слоя по табл.7.
     
     Затем определяют по номограмме (см. рис.6) или по формулам (28)-(33) глубины ; ; ; , на которые просачивается вода соответственно в I, II, III и IV группах капилляров глинистого грунта от низа морозозащитного слоя на различные моменты времени, но не более чем за срок, равный 30 сут, плюс период запаздывания промерзания некондиционных песков [формула (45)].
     
     В расчет вводят величины , , , , , , , , где ; ; ; . В свою очередь , , , , , , ,  - характеристики глинистого грунта под морозозащитным слоем.
     
     По данным таких расчетов устанавливают по формуле (34) объемы воды , которые поступают в грунт на различные моменты времени.
     
     За искомые глубины , , ,  принимают глубины, полученные на момент времени, соответствующий началу промерзания морозозащитного (дренирующего) слоя при условии, что объем воды, поступившей в грунт , менее величины . В противном случае за искомые принимают глубины, при которых имеет место равенство величин .
     
     После этого устанавливают величину оттока воды из морозозащитного слоя в нижележащий глинистый грунт в осенний период влагонакопления и часть зимы до промерзания песка упомянутого слоя , м на 1 м. При  имеем ; при  имеем  ( - объем воды, который может поступить в грунт за срок, равный 30 сут, плюс период запаздывания промерзания морозозащитного слоя). При 2-м и 3-м типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна следует принимать величину , после чего задаются толщиной морозозащитного слоя не менее 0,2 м и определяют среднюю по высоте влажность песка , доли единицы, перед его промерзанием в расчетный период. Расчет проводят по формуле

,      (79)

     
     
где  - максимальная плотность скелета песка при оптимальной влажности, установленная по методу стандартного уплотнения, кг/м;  - нормативный коэффициент уплотнения песка, безразмерная величина;  - толщина морозозащитного слоя из песка, м.
     
      Для морозозащитного слоя, устраиваемого только в пределах проезжей части с трубчатыми дренами под краевыми полосами, расчет по формуле (79) проводят при  и . Затем нужно определить величину пучения песка морозозащитного слоя. Расчет проводят применительно к четырем типам эпюр влажности песка перед промерзанием морозозащитного слоя (рис.14).
     
     

Рис.14. Типы эпюр влажности песка перед промерзанием морозозащитного слоя
а - от  до ; б - ; в - от  до ; г - от  до  

     
     
     Эпюра влажности песка типа "а" применяется при . Эпюра состоит из двух участков по глубине. На первом (верхнем) участке влажность песка равна оптимальной, на втором - капиллярной влагоемкости.
     
     Толщину слоя песка , м, с влажностью, равной капиллярной влагоемкости, на втором участке определяют по формуле
          

.                                                              (80)

     
     Эпюра влажности песка типа "б" применяется при . В этом случае влажность песка равна капиллярной влагоемкости по всей высоте морозозащитного слоя.
     
     Эпюра влажности песка типа "в" применяется при  и . Эпюра состоит из двух участков по глубине. На первом (верхнем) участке влажность песка равна капиллярной влагоемкости, на втором - полной влагоемкости грунта.
     
     Толщину слоя песка с влажностью, равной полной влагоемкости, , м, определяют по формуле     
     

.                                                           (81)

          
      Эпюра влажности песка типа "г" применяется при  и , где  - величина, определяемая по формуле (82). Эпюра состоит из трех участков по глубине. На первом (верхнем) участке влажность песка равна оптимальной, на втором - капиллярной влагоемкости, на третьем - полной влагоемкости грунта.
     
     Толщина слоя на втором участке равна . Толщину слоя на третьем участке определяют по формуле
          

.                      (82)

     При  и  в расчет следует принимать эпюру типа "в".
     
     Величину пучения песка морозозащитного слоя устанавливают по зависимостям, приведенным в разд.6 настоящего Пособия. Расчет проводится для каждого участка эпюры влажности песка. При получении эпюр типа "а" и "б" расчет пучения слоя  нужно проводить, принимая значения  пo формулам (53)-(55) при . При получении эпюр типа "в" и "г" расчет пучения слоя  нужно проводить, принимая значение  по формуле (56) при . Расчет пучения слоя  проводят при .
     
     После проведения указанных расчетов устанавливают суммарную величину пучения песка морозозащитного слоя и нижележащих глинистых грунтов. При получении величины не более допустимой по формулам (1) и (2) принимают к дальнейшему рассмотрению конструкцию морозозащитного слоя заданной толщины. В противном случае увеличивают толщину морозозащитного слоя и повторяют расчет.
     
     Аналогичным образом определяют толщину морозозащитного слоя по второй расчетной схеме. Отличие есть только в расчете влажности  по формуле (79). В эту формулу вводится вместо  величина притока воды  от грунтовых вод или верховодки.
     
     Максимально возможную величину притока воды в морозозащитный слой от грунтовых вод или верховодки в осенний период влагонакопления и часть зимы до промерзания всего слоя песка , м на 1 м, устанавливают по формуле
          

,                                     (83)

     
где  - расстояние (по вертикали) от низа морозозащитного слоя до расчетного горизонта грунтовых вод или верховодки в осенний период, м;  - плотность скелета песка перед промерзанием, кг/м.
     
     Аналогичным образом определяют толщину морозозащитного слоя по третьей расчетной схеме. Отличие только в определении эпюры влажности песка перед промерзанием. В качестве расчетной принимается эпюра "в" или "г" (см. рис.14). При этом толщина слоя песка   определяется положением горизонта грунтовых вод или верховодки, а величина .
     
     7.4. Наряду с расчетом толщины морозозащитного слоя по величине пучения песков следует проверить, достаточен ли объем незаполненных пор этого слоя для размещения поступающей в конструкцию воды без снижения прочности дорожной одежды. Это условие обеспечивается при соблюдении неравенства
          

,                                                          (84)

     
где  - толщина слоя песка, полностью насыщенного водой, м;  - запасная (дополнительная) толщина слоя, при которой сдвиг в песке под действием транспортной нагрузки невозможен, но не менее 0,10-0,12 м для крупных песков, 0,14-0,15 м для песков средней крупности и 0,18-0,2 м для мелких песков.
     
     Для обеспечения условия (84) нужно, чтобы среднее значение влажности песка морозозащитного слоя не превышало величины:
          

.                                        (85)

     
     Наибольшее значение влажности песка следует ожидать весной, когда происходит осадка оттаявших глинистых грунтов с отжатием воды в морозозащитный слой. К этому добавляется отжатие воды из переувлажнения* грунтов под действием динамической нагрузки, имеет место и приток атмосферных осадков, выпадающих на поверхность дороги.
________________
     * Текст соответствует оригиналу. - Примечание .
          
     Указанное значение влажности песка морозозащитного слоя, устраиваемого на всю ширину земляного полотна, следует определять по формуле

       (86)

где   - средняя влажность песка морозозащитного слоя после оттаивания земляного полотна весной, доли единицы;  - приток воды в морозозащитный слой от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в весенний период, м на 1 м;  - приток воды в морозозащитный слой от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину в весенний период, м на 1 м;  - объем воды, поступающей в морозозащитный слой из лежащих под ним в пределах проезжей части грунтов при их осадке после оттаивания, м на 1 м;  - объем воды, поступающей в морозозащитный слой из лежащих под ним в пределах обочин грунтов при их осадке после оттаивания, м на 1 м;  - объем воды, поступающей в морозозащитный слой под действием динамической нагрузки от автомобилей, м на 1 м;
     
 - испарение воды из морозозащитного слоя через откосы земляного полотна в весенний период, м на 1 м;  - средняя влажность песка морозозащитного слоя в конце зимы, доли единицы; ,  - величины, характеризующие песок морозозащитного слоя.
     
     Величины  и  определяют соответственно по формулам (5) и (6) при , величину  - по формулам (23)-(25). В расчет включают метеорологические данные за первый весенний месяц расчетного года (см. табл.3).
     
     При влажности грунтов под морозозащитным слоем  следует учитывать отжатие воды из этих грунтов при их осадке после оттаивания. Величину отжатия воды в морозозащитный слой нужно определять из грунта, который оттаивает сверху. Можно принимать, что отжатие воды происходит из всего промерзшего слоя грунта. В этом случае расчет величины отжатия воды из грунта рабочего слоя земляного полотна в насыпи высотой до 1,5 м или в выемке, а также из грунта в основании насыпи или выемки  следует определять по формуле

           (87)

где ,  - максимальная плотность скелета грунта по методу стандартного уплотнения соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, кг/м; ,  - коэффициент уплотнения грунта в конце зимы соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, безразмерная величина; ,  - коэффициент уплотнения грунта после его осадки в весенний период соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, безразмерная величина; ,  - влажность грунта в конце зимы соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, доли единицы; ,  - влажность грунта после его осадки в весенний период соответственно рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, доли единицы [ при плотности по формуле (74)].

     Формула (87) действительна при . При  нужно определять величину отжатия воды только из грунта насыпи до глубины промерзания. При расчете величины отжатия воды из грунтов земляного полотна, проходящего в насыпи высотой более 1,5 м, нужно учитывать наличие слоев грунта разной плотности и влажности.
     
     Величину  следует определять аналогичным путем. Допускается принимать .
     
     Значения плотности и влажности грунтов рабочего слоя земляного полотна и основания насыпи или выемки, входящие в формулу (87), следует определять согласно разд.6 настоящего Пособия.
     
     Для установления величины  нужно предварительно вычислить значение удельной нагрузки от расчетного автомобиля на поверхность глинистого грунта под морозозащитным слоем , МПа:      
               

          
где  - толщина эквивалентного слоя грунта, см;  - толщина дорожной одежды (с морозозащитным слоем), см;  - средний модуль упругости дорожной одежды (с морозозащитным слоем), МПа;  - модуль упругости грунта под морозозащитным слоем, МПа;  - среднее расчетное удельное давление колеса на покрытие, МПа;  - расчетный диаметр следа колеса автомобиля, см.
     
     Далее следует вычислить толщину слоя грунта , см, расположенного под морозозащитным слоем, из которого будет происходить отжатие воды под действием динамической нагрузки от автомобилей     
     

,                                                   (90)

где  - минимальное значение напряжений, при которых не будет отжатия воды, МПа.
     
     Для супесчаных грунтов следует принимать  МПа, для суглинков и глин -  МПа.
     
     Затем определяют по графикам на рис.15 искомую величину  в зависимости от разновидности грунта и его влажности (относительного значения ) в весенний период в слое грунта, из которого будет происходить отжатие воды, а также и от величины нагрузки  от автомобилей на этот слой.
     
     

Рис.15. Графики для определения объема воды, отжимаемой из супеси (а), суглинков и глин (б)
под действием динамической нагрузки от автомобилей

1 - удельная нагрузка от расчетного автомобиля
на поверхность грунта под морозозащитным слоем - 0,06 МПа;
2 - то же, 0,04 МПа; 3 - то же, 0,02 МПа

     
     
     При устройстве морозозащитного слоя в пределах проезжей части расчет влажности песка  проводят по формуле (86) при а=0 и  =0. При такой конструкции морозозащитного слоя нужно устраивать трубчатые дрены под краевыми полосами. В этом случае в расчет дополнительно вводят величину оттока воды из морозозащитного слоя по трубчатым дренам, которую следует определять по формуле (105).
     
     Затем нужно установить эпюру влажности песка морозозащитного слоя в весенний период расчетного года (см. рис.14), вводя в расчет по формулам (80)-(82) величину .
     
     7.5. Морозозащитный слой из некондиционных песков должен помимо своего прямого назначения обеспечивать прочность дорожной одежды. В расчет на прочность нужно включать значения прочностных и деформационных характеристик песка, установленных по данным его испытаний в приборе трехосного сжатия при статическом режиме нагружения и в условиях повторного воздействия нагрузки согласно прил.6 настоящего Пособия. Количество приложений нагрузки нужно принимать равным ожидаемому суммарному количеству проходов расчетных автомобилей по одной полосе проезжей части в расчетный период.
     
     Образцы песка испытывают при влажности и плотности, соответствующих состоянию грунта в этот период. В расчет следует вводить коэффициент уплотнения песка по формуле (74) и значения влажности песка по эпюре влажности, установленной для морозозащитного слоя в весенний период расчетного года (см. рис.14).
     
     Допускается включать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных и деформационных характеристик песка по табл.14 и формуле     
     

,                                                                (91)

          
где  - расчетная величина угла внутреннего трения песчаного грунта в условиях динамического воздействия нагрузки от транспорта;  - статическая расчетная величина угла внутреннего трения песчаного грунта (табл.14);  - интенсивность снижения угла внутреннего трения песчаного грунта;  - суммарное количество проходов автомобилей за расчетный период.
          
     

 Таблица 14

               
     Примечания: 1. Над чертой приведены значения характеристик грунта при оптимальной влажности, под чертой - при полной влагоемкости. 2. Значения характеристик грунта при капиллярной влагоемкости вычисляют как среднеарифметическое между соответствующими величинами при оптимальной влажности и полной влагоемкости. 3. Значения динамических характеристик получены при 100 тыс. приложениях нагрузки.
     
     
          Величина  зависит от влажности и коэффициента фильтрации грунта , м/сут, и определяется по формулам:
     
     для песчаных грунтов при их полной влагоемкости     
     

;                                                                 (92)

          
     для песчаных грунтов при оптимальной влажности
          

.

     
     Значения  при капиллярной влагоемкости грунта вычисляют как среднеарифметическое между соответствующими величинами  при оптимальной влажности грунта и его полной влагоемкости.
          
     Суммарное количество проходов автомобилей  за расчетный период можно определять с достаточной точностью по формуле
          

,                                                               (93)

где  - перспективная интенсивность движения расчетных автомобилей на проектируемой автомобильной дороге, авт/сут;  - продолжительность расчетного состояния песка морозозащитного слоя, сут;  - срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами, годы.
     
     Величина  равна 60 и 50 сут соответственно во II и III дорожно-климатических зонах. При залегании грунтовых вод в летний период на глубине менее высоты капиллярного поднятия воды в песке морозозащитного слоя следует принимать величину  равной продолжительности теплого периода года (в сутках) с начала весны до устойчивого промерзания земляного полотна по среднемноголетним данным.
     
      Значения прочностных и деформационных характеристик песка под дорожной одеждой не могут превышать величин, которые будет иметь грунт при капиллярной влагоемкости в условиях повторного воздействия нагрузки в период выпадения атмосферных осадков. В этом случае нужно принимать величину , равной суммарной продолжительности выпадения осадков (в сутках) с начала весны до устойчивого промерзания земляного полотна по среднемноголетним данным.
     
     7.6. На участках дорог, на которых обеспечена морозоустойчивость дорожной одежды, но требуется отводить воду из нее и верхней части земляного полотна, нужно предусматривать устройство дренирующего слоя, который мог бы поглотить все количество воды, поступающей за расчетный период, без снижения прочности дорожной одежды.
     
     Проектирование дренирующего слоя по принципу поглощения следует проводить так же, как и морозозащитного слоя из некондиционных песков. Разница только в том, что для устройства дренирующего слоя нужно применять зернистые материалы с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут, а для морозозащитного слоя - 0,2 м/сут.
     
     Следует учитывать, что в процессе строительства и эксплуатации дороги возможно взаимопроникание глинистых грунтов земляного полотна и песков морозозащитного и дренирующих слоев. В связи с этим необходимо предусматривать утолщение морозозащитного и дренирующего слоев на 5-15 см в зависимости от влажности и плотности глинистых грунтов и зернового состава грунта (меньшее значение относится к мелкозернистым пескам).
     
     При укладке между песчаными и глинистыми грунтами прослоек из нетканых синтетических материалов заиления песков не происходит и не требуется дополнительно увеличивать толщину морозозащитного и дренирующего слоев.
     
     При устройстве морозозащитных и дренирующих слоев из некондиционных песков контроль качества грунта следует делать в карьере путем отбора не менее 10 проб из каждых 500 м песчаного грунта и проводить их испытания с определением содержания пыли, глины и величины коэффициента фильтрации по ГОСТ 25584-83.
     
     Допускается устанавливать величину коэффициента фильтрации , м/сут, расчетным путем или по графику на рис.16 в зависимости от гранулометрического состава песчаного грунта:
          

,                                             (94)

     
где  - коэффициент фильтрации песка-эталона, т.е. песка, в котором содержится % массы частиц мельче 0,1 мм, м/сут;  - содержание частиц мельче 0,1 мм в данном песке, % массы.
          

Рис.16. Зависимость коэффициента фильтрации воды от содержания в песке частиц мельче 0,1 мм
и коэффициента его неоднородности

1, 2, 3, 4 - кривые зависимости при коэффициенте неоднородности песка 3, 5, 10 и более 10

     
     
     Для определения величины  песок из карьера предварительно просеивают через сито с отверстиями 0,1 мм. В оставшуюся часть грунта добавляют 2% по массе отсеянной части песка мельче 0,1 мм. По подготовленной таким образом пробе песчаного грунта определяют коэффициент фильтрации  на приборе ПКФ СоюздорНИИ при максимальной плотности, установленной методом стандартного уплотнения. При наличии в карьере песка с постоянным коэффициентом неоднородности, можно для остальных проб песчаного грунта данного карьера находить коэффициент фильтрации только в зависимости от содержания в нем частиц мельче 0,1 мм.
     
     Указанный коэффициент неоднородности песчаного грунта нужно определять по формуле
          

;                                                           (95)

где  и  - диаметры частиц, мм, мельче которых в песке содержится соответственно 60 и 10% массы.
     
     При ориентировочных расчетах можно использовать значения , приведенные в табл.15.
     
     

Таблица 15

     
     
     7.7. Теплоизолирующие слои проектируют так, чтобы обеспечить морозоустойчивость дорожной одежды и ее работу в упругой стадии. С помощью теплоизоляции можно уменьшить глубину промерзания земляного полотна и тем самым ограничить пучение допустимыми пределами или полностью предотвратить промерзание подстилающего грунта, исключить возможность его морозного пучения. В свою очередь уменьшение или исключение морозного пучения ограничивает или полностью устраняет разуплотнение грунтов в процессе эксплуатации дороги. Снижение глубины промерзания уменьшает также неравномерность морозного пучения и приводит к большей стабильности ровности покрытия.
     
     Для установления требуемой толщины теплоизолирующего слоя нужно провести расчет величины пучения всех слоев грунта в зоне промерзания под дорожной одеждой. Расчет следует проводить, согласно разд.6 настоящего Пособия, при нескольких заданных значениях толщины теплоизолирующего слоя. В качестве искомой нужно принимать толщину теплоизолирующего слоя, при которой суммарная величина пучения грунтов не превышает допустимого значения по формулам (1) и (2).
     
     В расчет на прочность дорожной одежды следует включать значения плотности и влажности грунтов рабочего слоя земляного полотна, установленные, согласно настоящему Пособию, при принятой толщине теплоизолирующего слоя.
     
     Теплоизолирующий слой является нижним слоем основания дорожной одежды. При его проектировании следует учитывать, что ширина теплоизоляционного слоя должна быть больше ширины проезжей части на 0,5-1 м, чтобы изолировать последнюю от действия холода со стороны обочин.
     
     Теплоизоляционные материалы изменяют температурный режим покрытия и могут вызвать гололедицу на проезжей части, поэтому место расположения теплоизоляционного слоя следует выбирать так, чтобы обеспечить идентичный режим дорожных одежд с теплоизолирующими слоями и без них. Теплоизолирующие слои из материалов с коэффициентом теплопроводности менее 0,05 Вт/(м·К) нужно располагать на глубине более 0,5 м от поверхности покрытия. В этом случае частота образования гололедицы на участке с теплоизолирующим слоем не превышает 10% по сравнению с участком, имеющим традиционную конструкцию дорожной одежды.
     
     При переходе к участку дороги без теплоизолирующего слоя нужно постепенно уменьшать толщину плит пенопласта на протяжении не менее 10 м для предотвращения перепада (ступеньки) поверхности покрытия. При отсутствии пенопласта разной толщины следует укладывать плиты в шахматном порядке с окнами без плит.
     

     Теплоизоляционные материалы должны сохранять свойства под воздействием влаги, температуры и агрессивных вод, быть биостойкими, обладать технологичностью в работе и выдерживать нагрузки, возникающие при укладке и уплотнении вышележащих слоев дорожной одежды.
     
     Для устройства теплоизолирующих слоев можно применять полистирольные пенопласты ПС-4-60, ПСБ-60, "Стайрофоум" и другие пенопласты, удовлетворяющие требованиям: предел прочности при 10%-ном сжатии не менее 0,25 МПа, прочность при изгибе - не менее 0,50 МПа, водопоглощение по объему - не более 1,5%, коэффициент теплопроводности - не более 0,05 Вт/(м·К).
     
     Теплоизоляционные плиточные материалы (пенопласт и др.) следует укладывать с обеспечением равномерного опирания плит на поверхность земляного полотна. При необходимости нужно выравнивать поверхность земляного полотна песком. На участках дорог, где требуется отводить воду из дорожной одежды и верхней части земляного полотна, следует укладывать плиты на песчаный дренирующий слой или на дренирующую прослойку из нетканых синтетических материалов.
     
     При двух- и трехъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит нужно перекрывать вышележащими плитами. Плиты, находящиеся по краям теплоизолирующего слоя, следует закреплять кольями.
     
     Первый над плитами слой дорожной одежды нужно отсыпать на толщину не менее 0,25 м в плотном теле способом "от себя".
     
     

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДРЕНИРУЮЩИХ КАПИЛЛЯРОПРЕРЫВАЮЩИХ
И ГИДРОИЗОЛИРУЮЩИХ ПРОСЛОЕК

          
     8.1. При разработке конструкций земляного полотна следует предусматривать варианты регулирования водно-теплового режима с применением дренирующих и капилляропрерывающих прослоек из геотекстиля и гидроизолирующих прослоек.
     
     Дренирующая прослойка предназначена для отвода атмосферных осадков, которые могут просочиться через дорожную одежду, а также для отвода воды, отжимаемой из грунта при его осадке после оттаивания и под действием динамической нагрузки; капилляропрерывающая - для уменьшения поступления капиллярной воды в верхнюю часть земляного полотна от грунтовых вод, а гидроизолирующая - для изоляции грунта от всех видов влаги.
     
     Дренирующую прослойку из геотекстиля укладывают над и под морозозащитным дренирущим слоем, а также под дорожной одеждой при отсутствии таких слоев.
     
     Дренирующую прослойку поверху морозозащитного слоя нужно предусматривать при устройстве этого слоя из некондиционных песков в районах с частыми зимними оттепелями и при применении некондиционных песков с коэффициентом фильтрации менее 0,2 м/сут. Дренирующую прослойку поверху дренирующего слоя нужно предусматривать в случае работы такого слоя по принципу поглощения в районах с частыми зимними оттепелями.
     
     Дренирующую прослойку понизу морозозащитного и дренирующего слоев нужно предусматривать при необходимости понижения толщины этих слоев из песчаных грунтов, устранения их заиления при производстве работ и в процессе эксплуатации дороги и уменьшения притока воды в глинистый грунт рабочего слоя земляного полотна.
     
     На тех участках дорог, где обеспечена морозоустойчивость дорожной одежды, но требуется отводить воду из нее и верхней части земляного полотна, нужно предусматривать разработку варианта устройства дренирующей прослойки из геотекстиля вместо дренирующего слоя из песка.
     
     Дренирующую прослойку из геотекстиля следует укладывать на всю ширину земляного полотна с выпуском полотнищ на откосы насыпи или в дренаж (рис.17,а).
     
     

Рис.17. Конструкции земляного полотна с дренирующими, армирующими, капилляропрерывающими
и гидроизолирующими прослойками

а - с совмещенной дренирующей и армирующей прослойкой; б - с капилляропрерывающей прослойкой;
в - с дренирующей и гидроизолирующей прослойками; г - с гидроизолирующей прослойкой;
д, е, ж - грунт в обойме; 1 - песок; 2 - трубчатый дренаж; 3 - глинистый грунт;
4 - нетканый синтетический материал; 5 - полиэтиленовая пленка или изол; 6 - материал типа колетанш

     
     
     Капилляропрерывающие и гидроизолирующие прослойки нужно предусматривать при необходимости снижения высоты насыпи, уменьшения толщины морозозащитного и дренирующего слоев, а также основания дорожной одежды.
     
     В конструкциях с грунтом в обойме (рис.17, д, е, ж) не нужно устраивать морозозащитный и дренирующий слои.
     
     Капилляропрерывающую прослойку (рис.17, б) следует устраивать на глубине не менее 1,2 м от верха покрытия при условии, что прослойка возвышается над расчетным уровнем грунтовых или поверхностных вод, а полотнища выводятся на откосы или в дренаж. Для большей надежности конструкции возвышение над уровнем грунтовых вод следует принимать не менее 0,2 м и прослойку укладывать с поперечным уклоном для отвода воды на откос или в дренаж.
     
     При необходимости ограничить увлажнение земляного полотна атмосферными осадками и грунтовыми водами устраивают дренирующую и капилляропрерывающую прослойки. Вместо капилляропрерывающей можно устраивать гидроизолирующую прослойку.
     
     Гидроизолирующую прослойку под дорожной одеждой на всю ширину земляного полотна (рис.17, в) целесообразно устраивать на участках с обеспеченным поверхностным стоком и глубоким залеганием грунтовых вод в районах, где атмосферные осадки могут существенно влиять на влажность грунтов. Для отвода атмосферных осадков, которые могут просочиться через дорожную одежду, необходимо предусматривать устройство дренирующей прослойки на всю ширину земляного полотна, укладываемой на гидроизолирующую прослойку.
     
     Конструкцию, показанную на рис.17, г, применяют на участках дорог, проходящих в насыпи при близких грунтовых водах или наличии поверхностной воды. Гидроизолирующую прослойку располагают на глубине не менее 1,2 м от верха покрытия, но не ниже 0,2 м от поверхности земли. Если существуют два источника увлажнения (осадки и грунтовые или поверхностные воды), то гидроизолирующую прослойку устраивают на всю ширину земляного полотна под дорожной одеждой, так же как в конструкции на рис.17, в, и на глубине не менее 1,2 м от верха покрытия (рис.17, ж).
     
     Конструкцию (рис.17, д) устраивают в насыпи и в выемках с двумя источниками увлажнения при условии, что продольный уклон проезжей части для отвода воды из трубчатых дрен составляет не менее 5?. Для отвода атмосферных осадков, которые могут просочиться через дорожную одежду, необходимо предусматривать устройство дренирующей прослойки на ширину проезжей части, укладываемой на гидроизолирующую прослойку.
     

     Конструкцию (рис.17, е) применяют на участках, проходящих в равнинной местности при подтоплении грунтов активного слоя поверхностными или грунтовыми водами.
     
     8.2. Дренирующие прослойки нужно устраивать из нетканых синтетических материалов, способных фильтровать воду в поперечном направлении в плоскости холста. Коэффициент фильтрации таких материалов должен быть не ниже 20 м/сут с учетом заиления.
     
     В качестве капилляропрерывателя следует применять нетканые синтетические материалы, которые способны в "сухом" состоянии прекращать движение капиллярной воды снизу вверх (см. прил.5), а при заполнении прослойки водой обеспечивают выполнение требований неравенства (106). Такие материалы должны также обладать способностью фильтровать воду в поперечном направлении. Коэффициент их фильтрации должен быть не ниже 30 м/сут с учетом заиления.
     
     Прослойки должны отвечать следующим требованиям:
     
     выдерживать без повреждений нагрузки, возникающие при укладке и уплотнении вышележащих слоев грунта и дорожной одежды, а также при движении автомобилей по дороге;
     
     противостоять воздействию неравномерного морозного пучения и осадки грунтов без разрывов и проколов, а также влаги и температуры без изменения указанных выше свойств;
     
     сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов и агрессивных вод;
     
     быть технологичными.
     
     На пучинистых участках автомобильных дорог следует применять материалы, деформативные свойства которых позволяют выдерживать неравномерное морозное пучение, т. е.
          

,                                               (96)

          
где  - относительное удлинение материалов прослойки при неравномерном морозном пучении, %;  - коэффициент, учитывающий циклическое воздействие пучения - осадки на допустимую величину относительного удлинения материала (); - относительное удлинение материала при разрыве, %.
     
     Величину  следует устанавливать применительно к условиям работы прослойки в земляном полотне, которые характеризуются, во-первых, плоским напряженным состоянием прослойки; во-вторых, малой скоростью деформации, равной интенсивности пучения грунтов земляного полотна; в-третьих, работой материала при отрицательных температурах. Для учета работы материала прослойки в плоском напряженном состоянии можно проводить испытания с помощью надуваемой пленочной мембраны. Коэффициент  следует принимать равным величине, при которой прослойка выдерживает без разрывов более 100 циклов нагрузки и разгрузки.
     
     Величину  устанавливают с учетом эпюры пучения земляного полотна и защемления прослойки в грунте:
          

;                 (97)

        
,                                                          (98)

     
где ,  - соответственно глубина промерзания грунтов и заложения прослойки от низа дорожной одежды, м;  - максимальная разница между величинами пучения грунта под прослойкой, м;  - расстояние от контура пучения грунта до линии жесткого защемления прослойки, м.
     
     8.3. Для устройства дренирующих прослоек можно применять иглопробивной нетканый синтетический материал дорнит Ф-2 (ТУ 21.29.81.81); для устройства дренирующих и капилляропрерывающих прослоек - нетканые синтетические материалы типа бидим.
     
     Установление пригодности нетканых синтетических материалов для устройства капилляропрерывающей прослойки следует проводить согласно прил.5 настоящего Пособия. Минимальная толщина капилляропрерывающей прослойки в уплотненном состоянии должна быть не менее 3 мм.
     
     Гидроизолирующие прослойки можно устраивать из изола (ГОСТ 10296-79), полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм, стабилизированной 2% канальной сажи (ГОСТ 10354-82*), и материала типа колетанш (нетканый синтетический материал, пропитанный битумом).
     
     Неравномерное морозное пучение на автомобильных дорогах, отвечающих техническим требованиям, обычно не вызывает разрыва нетканых синтетических материалов. Для изола и полиэтиленовой пленки нужно контролировать выполнение соотношения (96), принимая удлинение пленки при разрыве по табл.16.
     

Таблица 16