Елементи дорожньої кліматології. Основні поняття та визначення

1. Кафедра будівництва та експлуатації доріг

• Кафедра – аудиторія 218, тел. 2803942
• Лабораторія – аудиторія 136, тел. 2807338
• Дисципліна «Прикладні задачі та
агротехнічні роботи на дорогах»
• Викладач - професор Петрович Володимир
Васильович

2.

Мета дисципліни – вивчити методи врахування особливостей
фізико-географічних комплексів та регіональних умов при
вирішенні практичних задач будівництва доріг, засвоїти основи
проведення агротехнічних робіт при будівництві і експлуатації
доріг, виконання агротехнічних прийомів та методології
створення придорожніх насаджень і догляду за ними.
Завдання курсу:
• вивчення основ дорожньої кліматології і її основних
показників;
• вивчення впливу і методів врахування кліматичних умов
при будівництві автомобільних доріг;
• освоєння теоретичних основ та практичних прийомів
виконання агротехнічних робіт на дорогах;
• вивчення принципів формування різних видів придорожніх
насаджень;
• вивчення методів та прийомів догляду за придорожніми
насадженнями.

3.

1 Елементи дорожньої кліматології
Основні поняття та визначення.

4.

Автомобільні (позаміські) дороги загального
користування України – автомобільні дороги, які
забезпечують безперервний та безпечний рух
автомобілів з встановленими швидкостями,
габаритами, навантаженням, враховують
адміністративно-територіальний поділ країни,
з’єднують населені пункти і є складовою частиною
єдиної транспортної системи держави. Автомобільні
дороги включають в себе земляне полотно, дорожній
одяг, штучні споруди, елементи облаштування та
сервісу.

5.

МЕТЕОРОЛОГІЯ (від метеоро... и...логія) - наука про
атмосферу, її будівлю, властивості і протікаючих у ній
фізичних процесах, що створюють на Землі погоду та клімат.
Найважливішими задачами метеорології є:
1) Вивчення обороту тепла в атмосфері і наземній поверхні.
Складові частини цього складного процесу: поглинання,
розсіювання і відбиток сонячного випромінювання, обмін
власним інфрачервоним випромінюванням між атмосферою і
земною поверхнею, теплообмін між земною поверхнею й
атмосферою шляхом теплопровідності, передача тепла
усередині атмосфери за допомогою турбулентності, передача
тепла від земної поверхні в атмосферу при випарі води і при
наступній конденсації водяного пари в атмосфері.
2) Вивчення тієї частини вологообороту на Землі, що
відбувається в атмосфері: випар води з земної поверхні,
перенесення водяного пари в атмосфері, його конденсація у
виді хмар і туманів і ін., випадання осадків.

6.

3) Вивчення атмосферних рухів: загальних законів прямування
атм. повітря, системи загальної циркуляції атмосфери над
усією земною протокою, різного роду місцевих циркуляції і
місцевих впливів на повітряні рухи.
4) Вивчення клімату, тобто багаторічного режиму погоди,
утворюваного перерахованими атмосферними процесами; це
власне задача кліматології.
5) Вивчення електричного поля атмосфери і пов'язаних із ним
явищ - гроз, полярних сяйв і ін.
6) Вивчення оптичних і акустичних явищ в атмосфері.

7.

Основним методом одержання фактичного матеріалу в М. є
спостереження, які проведені обсерваторіями і величезною
мережею метеорологічних станцій, що покривають усю
земну кулю. Спостереження, які відносяться до верхньої
частини атмосфери (за допомогою проток-пілотів, радіозондів,
ракет і ін.), називаються аерологічними. У метеорологічних
спостереженнях застосовується і радіолокація. Дуже важлива
система одночасних (синоптичних) спостережень, що дозволяє
складати синоптичні карти погоди для пророкування
(прогнозу) погоди. Для з'ясовування закономірностей в атм.
процесах найважливішу роль у М. грає статистичний аналіз
спостережень. Зростає також і значення фізико-математичного
аналізу.

8.

МЕТЕОРОЛОГІЧНА СТАНЦІЯ - установа, що веде регулярні
метеорологічні спостереження, потрібні для служби погоди, для
вивчення клімату й ін. Метеорологічні станції мають
метеорологічну площадку, де розташовані їх установки і
прилади, і помешкання для роботи співробітників, збереження
барометра, переносних приладів і ін. На М. с. ведуться постійні
спостереження над температурою, тиском і вологістю повітря,
вітром, осадками, хмарністю, видимістю і т.д. Спостереження
проводяться у певні, установлені для країни терміни. За
результатами спостережень складаються місячні таблиці, що
пересилаються в центр, метеорологічні інститути; по таблицях
складаються кліматичне описи й ін. Багато яких М. с., які входять
у т.зв. синоптичну мережу, відправляють у ті ж заснування
декілька разів у добу телеграми про погоду.

9.

МЕТЕОРОЛОГІЧНІ ПРИЛАДИ - прилади для виміру
метеорологічних елементів, тобто характеристик стану
атмосфери, напр. температури, тиску, вологості й ін. До М. п.
відносяться: барометри, термометри, гігрометри,,
дощоміри, плювіографи, випарники, флюгери, прилади,
призначені для визначення розміру прямої і розсіяної сонячної
радіації (актинометри, гелиографи, пиранометри,
пиргелиометри), теплового випромінювання ґрунту
(пиргеометры) і ін. М. п. для вимірів у вільній атмосфері
носять назв. аерологічних приладів.

10.

МЕТЕОРОЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ - загальна назва для ряду
характеристик станів повітря і деяких атмосферних процесів.
Найголовнішими з них є: температура, тиск і вологість повітря,
швидкість і напрямок вітру, хмарність, осадки, видимість
(прозорість атмосфери), а також випар із поверхні ґрунту і
води, сонячна радіація, теплове випромінювання Землі й
атмосфери. До М. е. відносяться також різноманітні явища
погоди: грози, заметілі і т.п. По стану метеорологічних
елементів можна судити про процеси, що відбуваються в
атмосфері. Тому зведення про неї знаходять широке
застосування при упорядкуванні прогнозів погоди, в описі
клімату й ін. науково-дослідних роботах.

11.

КЛІМАТОЛОГІЯ (від клімат і ...логия) - наука про клімат, його
формуванні і географічному розподілі. Користуючись
висновками метеорології, кліматологія розглядає безупинне
проходження через дане місце мас повітря, що заміняються
постійно, вивчає кліматоутворюючі процеси і явища в
конкретних географічних умовах. Основним методом ,
кліматології є метод географічного порівняння, для
користування яким , кліматології необхідні порівнянні дані
спостережень. Ці дані кліматологія одержує, базуючись на
однотипному вихідному матеріалі (одночасні ряди
спостережень на подібно розташованих станціях). При
узагальненні матеріалів спостережень широко застосовуються
статистичні методи опрацювання.

12.

Основним методом кліматологічного опрацювання
спостережень є метод середніх розмірів. Відповідно до цього
методу, клімат тієї або іншій місцевості характеризується
річним ходом (від місяця до місяця) Середніх і крайніх
значень атмосферного тиску, температури і вологості повітря,
осадків, повторювальністю різноманітних напрямків вітру,
хмарності і різноманітних явищ погоди (снігу, дощу, туманів,
гроз і ін.). За матеріалами спостережень метеорологічних
станцій обчислюються середні багаторічні розміри і їхня
повторювальність по місяцях для зазначених елементів. Дані,
систематизовані за допомогою цього методу, заносяться на
карти і служать для кліматологічних узагальнень. Пояснення
закономірностей клімату, крім статистичних висновків,
ґрунтується на даних синоптичної метеорології.

13.

Основні поділи кліматології:
1) Навчання про кліматоутворення, у якому з'ясовується роль
метеорологічних процесів і географічних умов у формуванні
К., проводиться класифікація кліматів.
2) Навчання про кліматологію приземного прошарку повітря і
мікроклімат.
3) Навчання про кліматологію вільної атмосфери.
4) Опис кліматів Землі - кліматографія.
5) Спеціальні галузі кліматології (медична,
сільськогосподарська, дорожня й ін.) - дослідження впливу
кліматології на людину й об'єкти його господарської
діяльності.
6) Палеокліматологія - навчання про клімати Землі в минулі
геологічні епохи.

14.

Практичне застосування кліматології Україні широке і
різноманітне. Винятково важливе значення має К. у
сільському господарстві при розробці заходів щодо
підвищення врожайності, при розміщенні
сільськогосподарських культур і просуванні їх у нові райони
(агрокліматичне районування), при сільськогосподарському
освоєнні нових земель і ін.

15.

КЛІМАТ [від греч. нахил (древні греки зв'язували
кліматичні розходження безпосередньо з нахилом
сонячних променів до земної поверхні)] - багаторічний
режим погоди, характерний для даної місцевості. Під
режимом погоди розуміється сукупність і послідовність
станів погоди. Клімат обумовлюється, насамперед, поруч
так названих кліматоутворюють процесів:
1) приходом і витратою сонячного тепла;
2) циркуляцією атмосфери, тобто системою повітряних
рухів, які переносять тепло і вологу;
3) обміном тепла і вологи в атмосфері по вертикалі.

16.

З цих процесів основний є прихід і витрата сонячної енергії.
Тому що розподіл приходу і витрати сонячної енергії на земній
поверхні зонально, та й у розподілі кліматів на Землі
виявляється та ж закономірність (див. Зони географічні).
Характер перерахованих процесів у будь-якому місці
залежить від географічних особливостей цього місця
географічної широти, висоти над рівнем моря, різноманітних
форм рельєфу, а також властивостей так званої підстильної
поверхні, під якою розуміється поверхня суші і моря в усіх її
різновидах (грунт, рослинний покрив, водяна поверхня,
сніжний покрив, крижаний покрив і т.д.).
Неоднорідність будівлі підстильної поверхні веде до
розходжень клімату, що можуть бути значними навіть між
пунктами, близько розташовані один від іншого.

17.

Такі місцеві особливості клімату, обумовлені неоднорідністю
будівлі підстильної поверхні, називають мікрокліматом, на
відміну від макроклімату - особливостей клімату, загальних
для значних просторів земної поверхні.
Внаслідок великої розмаїтості географічних умов, що
впливають на клімат у різноманітних місцях земної кулі,
кількість конкретних кліматів нескінченно багато. Знаходячись
у залежності від географічних особливостей місцевості, клімат,
у свою чергу, впливає на всі елементи місцевої природи,
знаходячись одним із компонентів географічної оболонки.
Наукові зведення про клімат даного місця утворюються на
основі аналізу результатів спостережень на метеорологічних
станціях.
Вся розмаїтість кліматів, що спостерігаються на земній
поверхні, може бути зведена до порівняно невеличкого числа
основних типів.
Вивченням клімату, його формування і географічного
розподілу займається кліматологія.

18.

УРАХУВАННЯ ПРИРОДНИХ УМОВ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ ТЕХНОЛОГІЇ ВЛАШТУВАННЯ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Від природних умов залежать терміни початку і
закінчення робіт, тривалість будівництва,
продуктивність землерийно-транспортних машин,
дальність переміщення ґрунту, схеми виконання
робіт і ін.

19.

Клімат. Клімат на території України різноманітний і, тому
умови виконання земляних робіт у різних районах
відрізняються друг від друга. У посушливих районах
атмосферні осадки практично мало впливають на ведення
робіт.
Перезволоження глинистих ґрунтів атмосферними
осадками призводить до погіршення умов різання,
заповнення ковша ґрунтом і знижує прохідність гусеничних і
колісних машин. Це призводить до зниження продуктивності
машин, а в окремих випадках, при значному зволоженні,
роботи приходиться припиняти.
Промерзання ґрунту затрудняє виконання лінійних земляних
робіт і робить економічно недоцільним виконання їх при
знижених температурах. Інтенсивність наростання
температури і зміни відносної вологості повітря визначають
швидкість просихання ґрунту. Зимою при дуже низьких
температурах роботи ті не проводяться.

20.

Сезонна зміна ґрунту - промерзання впливає на способи
виконання робіт у зимовий період і обумовлює засоби
підготування ґрунту до екскавації, схеми розробки ґрунту,
умови відсипання, розрівнювання й ущільнення ґрунту в
насипі.
Снігопади, заметілі і слизота значно впливають на умови
руху землерийно-транспортних машин.
Тривалість світлового дня впливає на час роботи машин,
їхній виробіток, вартість виконання робіт і продуктивність.
Всі ці чинники, що викликаються кліматичними умовами,
враховуються при проектуванні технології будівництва
земляного полотна. Оцінювати мікрокліматичні умови
можна по карті дорожньо-кліматичного зонування.

21.

Першу зону (надлишкового зволоження) відрізняє велика
кількість осадків, що випадають, мала випаровуваність,
близьке від поверхні залягання ґрунтових вод, велика
глибина промерзання, ґрунти переважно підзолистого типу.
Для другої зони (перемінного зволоження) характерно
надлишкове зволоження лише навесні і восени, середня
глибина промерзання, підзолисті ґрунти і вилужені
чорноземи.
Особливостями третьої зони (недостатнього зволоження) є:
помірне зволоження ґрунтів восени і навесні і незначне
зволоження влітку, великі випари, мала глибина
промерзання, переваження суглинних чорноземів.

22.

Дорожньо-кліматичне районування
За погодно-кліматичними факторами,
грунтово-гідрологічними умовами зволоження, а також
досвідом експлуатації доріг територія України поділяється на
чотири дорожньо-кліматичні зони.

23.

Табл. 1- Географічні границі дорожньо-кліматичних зон України
Дорожньо-кліматична
зона
Географічна границя зони
Позначення Назва
У-І
Північна
На північ від лінії Мостицька - Львів - Житомир Київ -Суми
У-П
Центральна На південь від границі північної зони до лінії
Любашівка -Кіровоград - Куп'янськ
У-Ш
Південна
На південь від границі центральної зони за
винятком гірської частини Карпат (від лінії
Мостицька - Комарне - р. Дністер на південний
схід до лінії Городенка - Новоселиця)
У-ІУ
Гірська
Гірський Крим, Карпати, Закарпатська область
Примітка. Регіони Карпат і гірського Криму поділяються на три підзони за
висотою прокладання дороги: - рівнинна (до 200 м над рівнем моря); передгірська ( від 200 м до 400 м над рівнем моря); - гірська (понад 400 м
над рівнем моря)

24.

25.

При детальному техніко-економічному проектуванні
виникає необхідність в оцінці мікрокліматичних умов.
У цьому випадку враховують:
• розподіл осадків по сезонах року; тривалість і інтенсивність
дощів, заметілей, туманів, відлиг, слизот;
• товщину снігового покрову; відносну вологість повітря;
• температурний режим повітря протягом року; дати переходу
температури повітря через 0, +5, +10, +15 С; тривалість
періоду з температурою вище цих значень;
• температурний режим ґрунтів; дати початку і закінчення
промерзання відтавання; тривалість періодів мерзлого і
поталого стана ґрунтів;
• напрямок вітру в різноманітні сезони року;
• тривалість світлового дня в різноманітні періоди року;.
• для районів із специфічними умовами - дані про снігові і
піщані заноси, літньому відтаванні ґрунтів і ін.

26.

Ці дані приймають по кліматологічних довідниках або в
результаті спостережень гідро- і агрометеорологічних станцій у
районі будівництва і по ним складають дорожньо-кліматичний
графік.
На основі аналізу кліматичних умов установлюють
найбільше доцільні терміни початку і закінчення земляних
робіт; тривалість будівельного сезону; періоди, коли необхідно
дозволоження або просушування ґрунту.

27.

28.

29.

РІЧНИЙ ЦИКЛ ПРОЦЕСІВ І ФІЗИЧНИХ ЯВИЩ,
ЩО ПРОТІКАЮТЬ У ЗЕМЛЯНОМУ ПОЛОТНІ

30.

1 Типи місцевості по зволоженню
В Україні зустрічаються три типи місцевості, різноманітні
за рельєфом, ґрунтовими і гідрологічними особливостям і
водному режиму.
Перший тип - суха місцевість; зустрічається на водорозділах і
добре провітрюваних схилах при відсутності впливу ґрунтових вод і
похилу місцевості не менше 5%о.
У сухій місцевості ні водоносний горизонт, ні капілярна волога в
ґрунтових прошарках не виявляються. Зволоження узбіч, укосів і
частково активного прошарку насипу відбувається восени і навесні
за рахунок проникання атмосферних осадків. Ступінь зимового
розущільнення (морозного здимання) і весняного зниження міцності
ґрунту при його відтаванні залежить від клімату, тобто від кількості
осадків, які восени випадають, і водопроникності Тому основною
мірою захисту активного прошарку, особливо для пилуватих
ґрунтів, є опрацювання узбіч в'яжучими матеріалами, а при
необхідності і відвід води з основи.

31.

Другий тип—тимчасово зволожуються місця; характеризуються
ускладненим стоком поверхневих вод у зв'язку з рівнинним
рельєфом.
У лісосмузі України до цього додаються погане випаровування і
погана фільтраційна спроможність багатошарових почвогрунтів;
навесні і восени в них з'являється після дощів і сніготанення
верховодка, що тимчасово перенасичує поверхневі прошарки
ґрунту; часто має місце тривалий, більше 20 доби, застій води в
резервах і канавах, особливо в штучних спорудах, що може
додатково зволожувати активний прошарок насипу за рахунок
капілярного проникання води знизу і збоку з боку резерву.
Проте приток води збоку або знизу носить тимчасовий характер,
тому кількість проникаючої в активний прошарок води і висота
капілярного підняття набагато менше, ніж при постійному притоці
від рівня ґрунтових вод. У піщаних насипах вода піднімається по
капілярах швидко, але невисоко, (на 0,3-0,5 м). У найбільше
несприятливих умовах знаходяться насипи з пилуватих ґрунтів, у
яких вода піднімається по капілярах швидко на 1,8-2,2 м.

32.

У несприятливих умовах при недостатньому ущільненні в
насипах із пилуватих ґрунтів зменшується або зовсім зникає
сухий прошарок між верхнім зволоженим активним
прошарком і підошвою насипу, яка зволожується з боку
резерву або знизу за рахунок капілярного підняття, що
призводить до перезволоження ґрунту при його промерзанні і
до деформації насипу і покладеного на ньому одягу.

33.

Третій тип місцевості характеризується постійним притоком
ґрунтових вод, рівень яких розташований від поверхні на глибині
меншій, чим висота капілярного підняття. Близьке до поверхні землі
положення ґрунтових вод типово: для плоскорівнинного рельєфу
північної частини України. Як показують спостереження, у цих
умовах постійні ґрунтові води сильно зволожують насип.
При недостатній висоті насип із часом пропитується вологою
майже цілком, що призводить до великого її осідання, обдиманню
ґрунту і деформаціям одягу. Рівень ґрунтових вод іноді може бути
понижений дренажем або водовідвідними канавами. При наявності
похилого, водоносного прошарку на косогорі підтік ґрунтових вод
до полотна дороги може бути перехоплений дренажем, що
закладається з нагірної сторони нижче глибини промерзання, із
заглибленням дна дренажної траншеї у водонепроникний прошарок.
Коли водоупорний прошарок залягає глибоко або грунт нижче
одягу зовсім не промерзає, можна забезпечити достатнє
просушування основи неглибоким «висячим» дренажем. При цьому
капілярна волога, позбавлена джерела живлення, вже не буде так

34.

Слід зазначити, що водний режим дорожніх насипів в умовах
третього типу місцевості не може бути виражений звичайною
спрощеною схемою, що випливає з уявлення про просочування
полотна за рахунок одного лише капілярного підняття над рівнем
ґрунтових вод. Фактично в цих умовах явища ускладнюються
насамперед підтоком поверхневої води з резервів. У місцях із
високим станом ґрунтових вод резерви звичайно заболочуються і
заповнюються водою. Зимою зволоження активного прошарку в
насипах у таких місцях відбувається інтенсивніше, чим при інших
типах місцевості, тому що нижні прошарки служать як би
необмеженим басейном, що подає вологу при рості крижаних
прошарків у період промерзання. Рослинність у цих випадках
впливає на зменшення вологи в, ґрунті; наприклад, тополя може
улітку висушити грунт на глибину, 1,5-2 м, проте восени грунт
знову воложиться. Насипу з постійною притокою набагато більш
насичені води і тому менше стійкі і тривкі в порівнянні з насипами в
інших типах місцевості і потребують або більш потужного
дорожнього одягу або спеціальних заходів для водовідводу
(зниження або перехоплення ґрунтових вод, влаштування

35.

Для проектування заходів щодо регулювання
водно-теплового режиму необхідно попередньо
встановити тип зволоження робочого прошарку
земляного полотна.

36.

Типи зволоження робочого прошарку земляного полотна
Основні
Типи
джерела
зволоження
зволоження
робочого
прошарку
земляної
полотнини
2
1
Ознаки даного типу зволоження
3
Атмосферні Поверхневий стік на місцевості
осадки
забезпечений, у виїмці подовжній
ухил дороги не менше 20‰. Ґрунтові
води або верховодка залягають на
«безпечної» глибині від верха
покриття проїзної частини.

37.

1
2
3
Атмосферні осадки Поверхневий стік на місцевості не
+ поверхневі води, забезпечений, у виїмці подовжній ухил
що застоюються дороги менше 20‰. Відсутні спеціальні
поблизу дороги в інженерні
заходи
щодо
захисту
осінній і весняний земляної полотнини від зволоження
періоди року
поверхневими водами. Положення
розрахункового обрію ґрунтових вод
або верховодки те ж, що і при першому
типі зволоження

38.

1
2
Атмосферні
осадки + ґрунтові
води або
верховодка або
атмосферні
осадки +
поверхневі води
при круглорічному
їхньому стоянні в
підошви насипу.
3
Розрахунковий горизонт ґрунтових вод
або
верховодки
залягає
вище
«безпечної» глибини. Ґрунти з
ознаками заболочування і болотні
ґрунти. Відсутні спеціальні, інженерні
заходи щодо захисту земляного
полотна
від
зволоження
поверхневими і ґрунтовими водами і
верховодкою.

39.

Під робочим прошарком потрібно розуміти частину
полотна, що розташовується в межах земляного полотна від
споду дорожнього одягу на 2|з глибини промерзання, але не
менше 1,5 м від поверхні покриття проїзної частини.
У якості розрахункових горизонтів ґрунтових вод варто
приймати їхні найвищі рівні восени і навесні в період між
капітальними ремонтами дорожнього одягу. При наявності
верховодки за розрахунковий рівень цих вод приймають
горизонт оглеєння.

40.

«Безпечну» глибину залягання ґрунтових вод і верховодки від
верху покриття проїзної частини восени перед промерзанням
земляного полотна Нб.ур(ос.), м, і навесні в період відтавання
Нб.ур(в), м, визначають по виразах:
Нб.ур(ос.) = hод. + hпр. + hк ;
(1)
Нб.ур(в) = 1,5. + hк ;
(2)
де hод -товщина дорожнього одягу, м;
hпр. -глибина промерзання земляного полотна від споду
дорожнього одягу, м;
hк -висота капілярного підняття води в грунті, м;
1,5-мінімальна товщина робочого прошарку земляного полотна,
м.
Варто мати на увазі, що формула (1) застосовна при
hод. + hпр. ≥1,5 м.

41.

Умови віднесення до типів зволоження
робочого прошарку земляного полотна.
Схема
Джерела
зволоження
Умови віднесення до даного типу
зволоження
робочого
зволоження
прошарку
1
2
3
Для насипів на ділянках 1-го типу
Атмосферні місцевості за умовами зволоження.
осадки
Для насипів на ділянках місцевості
2-го і 3-го типів за умовами
зволоження при узвишші поверхні
покриття над розрахунковим рівнем
ґрунтових і поверхневих вод або над
поверхнею землі, більш ніж у 1,5
разу перевищуючої вимоги ДБН.

42.

1
2
3
Для насипів на ділянках 2-го типу при
відстані від зрізу поверхневої води
(відсутньої не менше 2/3 літнього періоду)
більше 5 - 10 м при супісках; 2 - 5 м при
легких пилуватих суглинках і 2 м при
важких пилуватих суглинках і глинах
(менші значення варто приймати для
ґрунтів із великим числом пластичності;
при заляганні різноманітних ґрунтів приймати великі значення).

43.

1
2
3
У виїмках у піщаних і глинистих ґрунтах
при уклонах кюветів більш 20‰ (у IУ - III
дорожньо-кліматичних зонах) і при висоті
поверхні покриття над розрахунковим
горизонтом ґрунтових вод більш ніж у 1,5
рази перевищуючої вимоги ДБН. При
застосуванні
спеціальних
методів
регулювання
водно-теплового
режиму
(капіляроперериваючі,
гідроізолюючі,
теплоізолюючі і армуючі прошарки, дренаж і
т.п.),
призначуваних
по
спеціальних
розрахунках.

44.

45.

46.

2 Зони насипів
За умовами роботи в тілі земляного полотна можна
виділити дві зони (шари);
1) активну зону, розташовану на глибину промерзання, у
якій локалізується дія перемінних навантаження і погодних
факторів;
2) основа, що лежить нижче, розташована на глибині
нижче 1,5 м, схильна в основному впливу постійного
навантаження від ваги прошарків ґрунту, які лежать вище, і
дорожнього одягу.

47.

При проектуванні й улаштуванні земляного полотна, особливо
верхньої, його активної зони, необхідно забезпечити нормальне
протікання водного і теплового режиму. Якщо цей режим
порушується, активний верхній шар може виявитися
перезволоженим і загубити несучу здатність.
Є два головних джерела зволоження активного шару:
1) зверху - за рахунок осадків, які просочуються через шви і
тріщини покриття, а також через узбіччя й уздовж країв
покриття;
2) за рахунок підтоплення і зволоження збоку, із боку канав, а
знизу ґрунтовими водами.

48.

При нормальних умовах, коли підтоплення з боку канав або
знизу немає, добре ущільнений активний прошарок під
непроникним покриттям залишається сухим і щільним.
Руйнування покриття внаслідок усмоктування води в активний
прошарок відбуваються особливо часто, коли основа (дно корита)
водонепрониклива і з неї немає виходу для води. Тому для відводу
води, що просочується, із основи як правило, необхідні дренажні
пристрої (суцільний дренуючий прошарок, під узбіччями або
випуски у виді порожнистих труб).
Проте «підвішена» волога, яка залишається в ґрунті, також
зможе розм'якшувати грунт і призводити до руйнування покриття.
Капілярна волога піднімається знизу і підпитується за рахунок
підґрунтових вод.
У цьому випадку необхідно земляне полотно будувати в насипі,
дренажі закладати по обидва боки покриття або влаштовувати в
тілі насипу ізолюючі прошарки. Якщо ґрунтові води підтікають до
полотна збоку косогору, то варто влаштовувати перехоплюючий
дренаж.

49.

Узбіччя й укоси також є частиною, активного прошарку. Вони
схильні промерзанню і зволоженню поверх, тому повинні бути
добре ущільнені й укріплені. При недостатньому ущільненні і
крутому закладенні укоси можуть оповзати. При просушуванні
ґрунту можуть утворитися тріщини від усадки, у котрі після
дощів проникає вода. Після замерзання води в тріщинах може
відбутися сповзання укосів.
Насипний грунт або природна основа насипу нижче зони
промерзання має менш різкі коливання температури і вологості в
порівнянні з активним прошарком, що лежить вище. Грунт основи
насипу може виявитися сильно зволоженим при близькому рівні
ґрунтових вод або застої поверхневих вод у резервах. Несуча
здатність ґрунту основи в цих випадках може виявитися
недостатньою для стійкості насипу, і цей прошарок буде сильно
стискуватися або випирати убік, а насип буде давати тривале
осідання або сповзати по косогорі.
При відсутності впливу ґрунтових вод і забезпеченого стоку
поверхневих вод земляне полотно звичайно залишається стійким,

50.

3 Річний цикл роботи насипів
Незалежно від типу місцевості активний прошарок земляного
полотна має визначений річний цикл роботи:
- зволоження восени і зимою, потім просиханння навесні і влітку;
- промерзання зимою і відтавання навесні.
Для всієї роботи земляного полотна на дорогах середньої та
північної смуги України істотними є умови - промерзання й
відтавання, тому що промерзання пов'язане з накопиченням в
активному прошарку надлишкової вологи, а отже, із здиманням
ґрунту, а відтавання - із утратою значної частини його несучої
здатності.
Хід промерзання й відтавання в часі, так само як і ступінь
зволоження активного прошарку, визначаються в основному
кліматичними умовами району і метеорологічних умов року і
залежать від складу і щільності ґрунту.

51.

Кліматичні умови району можуть бути схарактеризовані:
- середньою багаторічною температурою повітря, а також
середньою багаторічною сумою градусо-днів холоду за зиму і
градусо- днів тепла за весну,
- середньою річною кількістю опадів і випару, їхнім розподілом по
місяцях і балансом вологи, наприклад, за осінь.
Погодні умови даного року характеризуються ступенем
відхилення перерахованих вище показників від їх середніх
багаторічних значень.
Водяний баланс атмосфери (прихід у формі осадків, що
випадають, і витрата у виді випару) обумовлює в основному і
водяний баланс почвогрунтів.
Кількість вологи, що надходить у грунт восени, закономірно
зменшується по напрямку з півночі на південь. Такому ж
зональному розподілу підпорядкована й осіння вологість ґрунтів
земляного полотна. Межа зон, що відрізняються по ступеню
осіннього вологонакопичення, приблизно відповідають межам
ґрунтових і ландшафтних зон (лісова, лісостепова, степова та ін.).

52.

Ґрунтові і кліматичні умови території України і особливо в
північній і північно - лісовій її частині несприятливі для роботи
активного прошарку земляного полотна.
Аналізована територія північної і середньої смуги європейської
частини СНД охоплює області з лісами і болотами; Білорусію і
північну частину України. Рельєф цієї великої зони зобов'язаний
своїм походженням минулій льодовиковій епосі. Клімат її
характеризується перевищенням осадків над випаром.
Цим визначає тривале перезволоження верхніх прошарків
почвогрунтів, періодичною верховодкою, що з'являється восени і
навесні.
Поширені тут дерено-підзолисті, підзолисті і болотні ґрунти,
неоднорідні як у відношенні їхньої потужності, так і складу
генетичних прошарків.

53.

На заході зони клімат більш м'який і вологий, чим на її сході.
Четвертинні відкладення, за винятком обмеженої території,
зайнятої піщаними ґрунтами, характеризуються також
неоднорідністю, заболоченністю ґрунтів як у горизонтальному, так
і у вертикальному напрямках. Найпоширеніші тут грунти-валунні,
пилуваті суглинки оглеювані.
Характерними для кожного періоду можна вважати такі
показники: глибину і швидкість зволоження, промерзання
відтавання і просушування. Ці показники в значній мірі
характеризують весь комплекс умов роботи земляного полотна в
будь-який момент часу.

54.

Річний цикл роботи активного прошарку земляного
полотна

55.

4 Промерзання і лінзоутворення.
Промерзання активного прошарку в умовах другого і третього
типів місцевості викликає утворення в ньому лінз льоду, що у свою
чергу має наслідком морозне обдимання земляного полотна
(тимчасовий підйом його поверхні).
Утворення і ріст льоду, пов'язані з перерозподілом вологи в міру
охолодження активного прошарку. Цей перерозподіл і підтік вологи
з нижнього, незамерзшого прошарку в зону промерзання
пояснюється в основному спроможністю льоду притягати до себе
плівкову воду, відриваючи її від сусідніх часток ґрунту, і поступово
рости за рахунок переходу молекул води в кристали льоду.
Внаслідок цього відриву плівка на частках ґрунту, які стикаються
з кристалом льоду, стає більш тонкою. Сили тяжіння в тонкій плівці
робляться більшими, і вони перетягають молекули води з часток
ґрунту, що нижче лежать, із товстою плівкою. Таким чином,
відбувається безупинний перерозподіл вологи зимою і скупчення в
зоні промерзання додаткової вологи, що викликає при відтаванні
зниження міцності ґрунту.

56.

На інтенсивність утворення крижаних лінз впливає швидкість
охолодження активного прошарку і швидкість подачі вологи, що
залежить у свою чергу від роду ґрунту, ступеня його ущільнення і
від умов підтоку вологи, зокрема від наявності ґрунтової води.
Швидкість охолодження земляного полотна має велике значення.
При тривалому стоянні межа промерзання на однієї і тієї ж глибині
утворення крижаних лінз йде інтенсивно, тому що часу для підтоку
води достатньо. Під час сильних морозів і швидкого промерзання
вода в достатній кількості не встигає перерозподілитися, і крижаних
лінз не утвориться.
Швидкість промерзання при однакових ґрунтових і гідрологічних
умовах місцевості закономірно збільшується з заходу на схід, тому
зимове вологонакопичування в західній частині однієї і тієї ж
кліматичної зони значно більше, ніж у східній її частини.

57.

Рід ґрунту і ступінь його ущільнення мають велике значення
для швидкої подачі вологи до замерзлого ґрунту.
Крупні піски промерзають без утворення в них крижаних лінз,
тому що вони мають малу поверхневу енергію, хоча коефіцієнт
вологопровідності в них великий.
Пилуваті ґрунти мають велику поверхневу енергію і малий опір
підйому води в порах, унаслідок цього швидкість підняття води по
мерзлому пилуватому ґрунту велика, і утворення крижаних лінз у
ньому йде інтенсивно.
Глинисті ґрунти мають величезну поверхневу енергію, але
через великий опір у вузьких порах мають малу швидкість підняття
води. Тому звичайно глинистий грунт встигає промерзнути скоріше,
чим вода підніметься від рівня ґрунтових вод. Проте якщо глина до
моменту промерзання була не ущільнена і сильно зволожена
(наприклад, осінніми дощами), то в такий глині накопичення лінз
льоду розвивається інтенсивно. При цьому не має значення, близько
або далеко розташований рівень ґрунтових вод або його немає
зовсім.

58.

Ущільнення ґрунту зменшує загальний обсяг пір і рух води в
порах, що залишилися, затрудняє притоку води до замерзлого
ґрунту.
Навпаки, пухке, слабко ущільнене полотно й укоси піддаються
сильному лінзоутворенню й обдиманню.
Вирішальними для утворення лінз є гідрологічні умови,
можливість підтоку води знизу.
При постійних ґрунтових водах (третій тип місцевості)
обдимання може досягти великих розмірів (15- 20 см). При
неоднорідних ґрунтах або неоднорідному їхньому ущільненні
можуть створитися неоднакові умови підтоку води, і обдимання
буде по-різному, на дорозі з'являться бугри або, так названі,
диференціальні пучини. Цього роду пучини можуть призвести до
утворення тріщин і зламів жорсткого дорожнього одягу, викликати
розбіжність швів і утворення щаблів у бетонних плит.

59.

За характеристику умов пучиноутворення іноді приймають
відношення швидкості підняття - до швидкості промерзання - або в
кожний даний момент dТ— відношення висоти підйому насипу від
обдимання до глибини промерзання. Цей розмір відносного
підняття може бути названий коефіцієнтом обдимання (у
сантиметрах підйому на 1 м промерзання або у відсотках).
k пуч .
h
z
При сприятливих умовах (перший тип місцевості, супіщані ґрунти)
значення коефіцієнта обдимання складає 2-3% при несприятливих
умовах, наприклад, близькому рівні ґрунтових вод (третій тип
місцевості, пилуваті ґрунти), значення коефіцієнта обдимання може
доходити до 15-20%.
Проте коефіцієнт обдимання залежить від глибини кожного
прошарку і швидкості його промерзання, тому він може бути лише
як узагальнений показник, що характеризує в цілому умови даної
ділянки.

60.

5 Відтавання земляного полотна.
Перезволоження активного прошарку
Відтавання земляного полотна може викликати перезволоження
верхньої, несучої частини активного прошарку.
Ступінь перезволоження залежить від:
а) швидкість відтавання;
б) скупчення лінз льоду, тобто коефіцієнта обдимання;
в) ґрунту і ступеня його ущільнення;
г) умов підтоку води в подовжньому напрямку.

61.

Поперечний профіль дороги при відтаванні:
1 - зона проникання морозу зимою; 2-вибої; 3-тріщини;
4—зона відтавання; 5 - мерзла зона; 6—зона відтавання знизу;
7-сніг у середині зими; 8-сніг наприкінці зими

62.

Характеристикою перезволоження насипу може рахуватися
потужність прошарку з ослабленою несучою спроможністю і
тривалість періоду ослабленого стану верхньої частини активного
прошарку (тривалість розталі, що пов'язана з обмеженням руху по
дорозі важких автомобілів), В міру танення льоду в ґрунті частина
вологи, що звільняється, йде на гідратацію мінеральних часток і
їхніх агрегатів, обезводнених при промерзанні. Як показують
досліди, на це витрачається води до 15% від ваги скелета ґрунту.
Частина води залишається у відталому ґрунті у виді капілярної і
вільної, що збирається в замкнутих вакуолях, які утворюються на
місці крижаних лінз. Лише інша частина води повільно, у міру
відтавання, опускається униз і в сторони або під дією напірних сил
піднімається до поверхні.

63.

Крім загального розміру перезволоження активного прошарку,
має значення рівномірність відтавання в поперечному і
подовжньому напрямках до осі полотна. Звичайно через більшу
теплопровідність одягу земляне полотно промерзає і відтає в
середній частині швидше, чим на узбіччях, тому під проїзною
частиною утворюється скупчення води, що не має виходу через
мерзлі укоси.
Положення ще більш погіршується, якщо скопичується вода, яка
у кориті земляного полотна, має стік у подовжньому напрямку.
Результатом цього стоку є поява зибкості і проламів дорожнього
одягу в знижених, увігнутих місцях профілю дороги, де надлишок
води виступає через одяг на поверхню. Місця виходів води (пучини)
не залишаються в однім пункті, а інколи і «перебігають» і
виявляються зненацька в іншому місці. Таке «перебегание» легко
пояснити збігом ряду факторів, від яких залежить хід
лінзоутворення