7.2. Источники увлажнения и режим земляного полотна

Вода – главный враг дороги. Попадая в грунт земляного полотна, она сильно снижает прочность дорожной одежды и устойчивость откосов насыпей и выемок.

Вода может попадать в земляное полотно двумя путями (рис. 7.2):

• просачиваясь с поверхности в результате выпадения осадков в виде дождя, таяния снега и льда, конденсации влаги из воздуха на поверхности земляного полотна, притока воды с окружающей местности к земляному полотну;

• поднимаясь в виде капиллярной, парообразной и пленочной влаги от уровня грунтовых вод.

Рис. 7.2. Источники увлажнения земляного полотна:

1  длительно застаивающаяся поверхностная вода; 2  атмосферные осадки, 3  парообразная и пленочная вода; 4  капиллярная вода

Следует иметь ввиду, что уровень, которого достигнет вода, перемещаясь от источников увлажнения по капиллярам в грунте, зависит от крупности грунтовых частиц и степени уплотнения грунта. В песках высота капиллярного поднятия невелика (30-50 см), а в пылеватых грунтах может достигать нескольких метров.

Водный режим земляного полотна характеризуется динамикой количества влаги (W), поступающей в тело земляного полотна от различных источников и описывается уравнением водного баланса

W = (А + В + C) - (Д + Е + F), (7.1)

где А – осадки, выпадающие на земляное полотно; В – просачивание воды, притекающей с прилегающей к дороге местности; С – приток воды от уровня грунтовых вод по капиллярам, а также в результате пленочного и парообразного перемещения влаги; Д – сток воды с земляного полотна; E – испарение влаги с поверхности грунта; F – просачивание воды из земляного полотна в глубинные слои грунта.

В годовом цикле изменения влажности грунтов земляного полотна по предложению профессора А.Я. Тулаева, выделяют четыре периода:

I – первоначальное накопление влаги осенью в результате просачивания в грунт дождевых осадков;

II – промерзание земляного полотна и зимнее перераспределение влаги;

III – оттаивание земляного полотна и весеннее переувлажнение грунта;

IV – летнее просыхание земляного полотна.

Характер водного режима земляного полотна во многом зависит от местных климатических условий. С продвижением на юг глубина залегания грунтовых вод увеличивается, количество осадков уменьшается, испарение увеличивается. Все это делает водный режим в южных районах более благоприятным.

Для дорог северных районов с дождливой осенью и морозными зимами, характерны процессы зимнего перераспределения влаги в земляном полотне, которые заключаются в том, что в процессе замерзания в теле земляного полотна создается разность температур в пределах от +4+6С у уровня грунтовых вод до отрицательных температур в промерзшем верхнем слое грунта. Под влиянием разности температур влага начинает перемещаться от теплого грунта к границе промерзания, где образуются кристаллы льда, продолжающие активно притягивать к себе капиллярную влагу. Количество воды, притянутой к растущим ледяным кристаллам тем больше, чем дольше продолжается процесс постепенного промерзания грунта. Причем интенсивное перемещение влаги протекает при температуре в пределах от 0 до -3°С. При более низких температурах большая часть рыхло связанной пленочной воды замерзает, и перемещение влаги в грунте практически прекращается.

Рост ледяных кристаллов может привести к образованию ледяных прослоек (линз), которые, раздвигая грунтовые частицы, вызывают пучение (поднятие) грунта. При весеннем оттаивании в таких местах сопротивление оттаявшего, сильно увлажненного грунта земляного полотна нагрузкам резко снижается, что может привести к проломам в конструкции дорожной одежды.

Образование ледяных линз может происходить до определенной глубины, так как с ее увеличением возрастает давление грунта, которое препятствует росту кристаллов. Глубину, на которой кристаллы практически перестают образовываться, называют критической глубиной промерзания.

К неблагоприятным грунтам, с точки зрения пучинообразования, относятся пылеватые грунты с большим содержанием пылеватых частиц (0,05-0,002 мм).