ВЛИЯНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД НА ДОРОЖНОЕ ПОЛОТНО

Дорога – это сложная система слоёв и материалов, направленная на максимально полезное и долговечное эксплуатирование проезжей части, а также самое экономичное и мало затратное достижение данной цели. Однако на износ дороги влияет огромное количество факторов, абсолютно все из которых необходимо учесть и компенсировать. При халатности и желании сэкономить, дорога будет построена плохого качества без соблюдения должных стандартов. Вследствие этого возможны аварии и человеческие жертвы. Поэтому дорогу необходимо строить согласно нормативным документам и с учетом всех возможных рисков и опасностей.

Одним из самых серьезных факторов, влияющим на качество и долговечность дороги, является фактор наличия грунтовых вод на местности. Их наличие сильно влияет на стоимость строительства дороги, ведь из-за грунтовых вод нижний слой грунтового полотна размывается, и прочность дороги значительно уменьшается. Влага контактирует с материалами дороги, образует грибок и плесень, съедающие сдерживающие материалы. Также при наступлении зимы грунт промерзает, и чем больше в нём содержится влаги, тем глубже промерзание. Помимо грунтовых вод, влага также поступает извне, за счет осадков. Мерзлая земля трескается от перепада температур, а вместе с ней – битум и асфальт, которые являются основой дорожного полотна.

Грунтовые воды – это начальный слой земли, каждая из пустот которого заполнена водой или льдом в момент промерзания земли.

Слой земли над грунтовыми водами также насыщен водой за счет капиллярной системы увлажнения.

Рисунок 1. Типы влаги влияющей на дорожное полотно

Чтобы определить, на какой уровень промёрзнет грунт, необходимо воспользоваться специальной формулой: H=k*M, где k – коэффициент подверженности грунта к промерзанию, а М – среднее значение минусовых температур для данной области за выбранный период.

В качестве примера рассчитаем уровень промерзания грунта для 3 городов России с учетом типа грунта, преобладающего в данной местности (Кисловодск-суглинок, Пятигорск-чернозём, Невинномысск-песок). Также следует отметить, что учитывается не только тип грунта, но и глубина его залегания, так как коэффициент промерзания на разных уровнях меняется. На примере данных городов рассмотрим вычисление уровня промерзания грунта на одной из трех возможных глубин залегания.

Кисловодск, глубина залегания до 2 м. H=1,6*0,49=0,784.

Пятигорск, глубина залегания до 5 м. H=1,4*0,48=0,672.

Невинномысск, глубина залегания более 5м. H=1,28*0,58=0,7424.

Таблица 1.

Данные для расчета уровня промерзания грунта

Таким образом, очевидно, что на промерзание грунта влияет очень много факторов, таких как тип грунта, уровень залегания грунта и коэффициент промерзания грунта. Также важно отметить, что сведения о преобладании какого-либо грунта в определенной местности очень обобщены, ведь в природе царит разнообразие горных пород и грунтов, а значит, вычисления будут усложняться слиянием различных типов грунтов и меняться в зависимости от глубины. Поэтому необходимо уделить должное внимание строению земляного покрова в районе строительства будущей дороги, так как грунтовые воды могут серьезно повлиять на качество дорожного полотна. При строительстве дороги экономическая значимость района возрастает, соответственно приток транспорта в данный регион увеличивается, и нагрузка на дорогу растет пропорционально количеству машин. Следовательно, дорога должна быть максимально безопасна.

Рисунок 2. График колебаний уровней грунтовых вод:

1 - по материалам Белорусского геолого-гидрологического треста; 2 - по данным ВСЕГИАГЕО; 3 - по данным БелдорНИИ

На основе анализа сезонного колебания грунтовых вод для условий дорожно-климатических зон за расчетный уровень грунтовых вод при проектировании дорог следует принимать максимальный многолетний зимне-весенний уровень, наблюдавшийся в данной местности. Основным методом расчета уровня является «метод аналога», который заключается в следующих манипуляциях:

1. Необходимо измерить уровень глубины, на который залегают грунтовые воды в районе будущей дороги.

2. Найти по данным геолого-гидрологической службы гидрологический пост или станцию, ведущую наблюдения за грунтовыми водами в районе изыскания дороги

3. Для гидрологического поста «аналога» выбирают данные о глубине залегания грунтовых вод в момент их определения на трассе дороги и расчетный уровень для этого поста

где     – расчетный уровень грунтовых вод на трассе;

 – расчетный уровень грунтовых вод по данным многолетних наблюдений на гидрологическом посту;

 – глубина залегания грунтовых вод, измеренная на трассе дороги;

 – глубина залегания грунтовых вод на гидрологическом посту, измеренная в тот же день, что и на трассе дороги.

4. Если на гидрологическом посту ведутся наблюдения за грунтовыми водами более 10 лет, величину  устанавливают по зависимости

где     – средний из максимальных уровней грунтовых вод за n лет наблюдений;

t – нормированное отклонение уровня грунтовых вод от среднего при заданной обеспеченности (табл. 1.2).

Таблица 2.

Нормированное отклонение уровня грунтовых вод от среднего при заданной обеспеченности

 – среднее квадратическое отклонение, вычисляемое по формуле:

;

 – максимальный уровень грунтовых вод за каждый i-й год наблюдений;

n – число лет наблюдений.

Значения, приведённые в таблице 2, показывают, что с течением времени отклонение уровня грунтовых вод от среднего значения увеличивается, поэтому дорогу следует строить с учетом того, сколько лет она планирует находиться в эксплуатации.

Список литературы:

1. Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 432 с.
2. Глагольев А.А. Разработка комплексной защиты земляного полотна автодорог от переувлажнения атмосферными сточными водами. [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.23.11) / Глагольев Алексей Анатольевич. – Воронеж, 2007 – 25с.