Приложение 7 (справочное). Методика определения и использования коэффициента влагопроводности грунта при проектировании дорожной одежды

Приложение 7

(справочное)

Методика
определения и использования коэффициента влагопроводности грунта при проектировании дорожной одежды

Методика экспериментального определения коэффициента влагопроводности грунта

Методика предусматривает определение коэффициента влагопроводности при начальных влажности и плотности за время увлажнения, необходимое для распределения влажности в образце от полной влагоемкости в единичном элементарном объеме на контактирующей с жидкостью поверхности, до начальной влажности на его границе. Увлажнение образца ведется снизу от поддерживаемого снизу уровня воды. Метод предполагает выполнение следующих граничных и начальных условий:

1. Начальная влажность и плотность грунтового образца должна# быть равномерно распределены по его объему.

2. При увлажнении образца через нижнюю поверхность не допускается изменения влажности на его верхней поверхности при подходе к ней фронта увлажнения.

3. Увлажнение образца должно происходить безнапорно.

Выполнение этих условий достигается за счет применения прибора конструкции к.т.н. Г.И. Собко. Схема прибора представлена на рис. П.7.1.

Определение коэффициента влагопроводности грунта нарушенной структуры должно проводится по следующей методике.

1. Для испытания отбирается проба грунта весом 2 кг, высушивается и размельчается.

2. Определяется вид грунта, его оптимальная влажность и максимальная плотность.

3. Высушенный и размельченный грунт увлажняется до оптимальной влажности.

4. Увлажненный грунт загружается в цилиндр-грунтонос, который навинчивается на трубку и вращением рукояти с винтом уплотняется до требуемого коэффициента уплотнения.

5. Форма для фильтра наполняется крупным песком с тщательным выравниванием по внутреннему обрезу формы.

6. Питающий сосуд заполняется дистиллированной водой и навинчивается на подводящую трубку питающей камеры. После стабилизации уровня воды в питающем сосуде по водомерной шкале отмечается ее исходный уровень Н_н.

7. Цилиндр-грунтонос навинчивается на трубку так, чтобы уплотняющий штамп с датчиком влажности свободно опускался на поверхность грунтового образца.

8. К разъему трубки подсоединяется контактный шнур измерительного блока, производится его включение. Регулировочной ручкой измерительного блока стрелка миллиамперметра выводится в положение, соответствующее нулевой отметке шкалы.

9. Снимается днищевая крышка и трубка с цилиндром-грунтоносом устанавливается в форму для фильтра. Включается таймер.

Срабатывание датчика влажности, индицируемое звуковым и световым сигналами, свидетельствует о завершении увлажнения, после чего по водомерной шкале отмечается конечный уровень воды Н_к в питающем сосуде. По разнице показателей Н_н и Н_к определяется количество впитавшейся в образец грунта воды (q).

Время увлажнения образца (t) определяется по показанию таймера, автоматически останавливаемого при срабатывании датчика влажности.

Вычисление коэффициента влагопроводности К_ВЛ грунта производится по зависимости:

                      4                 q        2

           К   = ------------ х [- -------------],                (П.7.1)

            ВЛ           4         ро  (W  - W )

                 3,14 x d x t        ск  ПВ   0

где W       - влажность, соответствующая полной влагоемкости,  (дол.ед.),

      ПВ      вычисляется по формуле:

                        W  = 1/ро   - 1/Дельта,                   (П.7.2)

                         ПВ      ск

где Дельта  - удельная плотность частиц грунта, г/см3,  равная  2,68  для

              супесей; 2,70 - для суглинков; 2,72 - для глин;

         t  - время увлажнения, час;

         q  - количество впитавшейся воды, г;

        W   - начальная влажность грунта, дол.ед.;

         0

         d  - диаметр грунтового образца в грунтоносном стакане, равный 2

              см.

Для получения значения К_ВЛ с требуемой доверительностью необходимо проведение не менее пяти испытаний. При этом обработка измерений должна вестись в такой последовательности:

1. вычисляется среднее экспериментальное значение коэффициента влагопроводности (К_ВЛСР) по результатам n испытаний;

2. вычисляется среднеквадратичное отклонение (S);

3. вычисляется верхняя граница для коэффициента влагопроводности, соответствующая одностороннему доверительному интервалу при уровне значимости альфа = 0,05 по формуле

               K     = К     + t      x S/кв.корень(n),           (П.7.3)

                ВЛ,S    ВЛСР    n-1,a

где t      - коэффициент   Стьюдента   для  уровня  значимости и  степени

     n-1,a   свободы альфа и (n - 1).

Использование коэффициента влагопроводности для определения величины морозного пучения и толщины теплоизолирующего слоя

В соответствии с данной методикой при прогнозировании величины морозного пучения предусматривается последовательное определение средней осенней влажности грунта рабочего слоя (W_ocсp), характеристики скорости промерзания (альфа), средней весенней влажности (W_вeccp). При этом учитываются продолжительность периода осеннего влагонакопления (t_ВЛ), продолжительность периода промерзания (t_пр), расчетное удаление верха земляного полотна от уровня грунтовых (или поверхностных) вод (h_в), характеристика суровости зимнего периода (сигма), выражаемая суммой градусо-суток отрицательной температуры воздуха. В табл.П.7.2 приведены значения t_вл, t_пр, и сигма для 65 пунктов России. При отсутствии в перечне нужного пункта значение этих характеристик берутся для ближайшего по географическому расположению пункта.

Величина W_ocсp определяется по формуле:

               W     = W + W   (W  - W ),                         (П.7.4)

                occp    o   отн  пв   о

 где      W - начальная влажность грунта земляного полотна (весовая, доли

           o  единицы);

         W  - влажность полной влагоемкости грунта (весовая, доли

          пв  единицы);

 Дельта W   - отношение  осеннего  приращения  влажности  к   максимально

         отн  возможной величине приращения влажности грунта.

Величина W_пв вычисляется из соотношения:

                                1        1

                        W   = ----- - ------,                     (П.7.5)

                         пв   ро      Дельта

                                сух

                                           3

где ро     -  плотность сухого грунта, г/см ;

      сух

   Дельта  - плотность скелетных частиц грунта, находящаяся, как правило,

             в пределах 2,67 - 2,73.

Величина Дельта W_отн устанавливается по номограмме рис. П.7.2 в зависимости от параметра

                         K   х t

                          ВЛ    ВЛ

                  F   = -----------                               (П.7.6)

                   oh     2

                         h

                          b

Параметр h_в принимается по данным изысканий (обследований), а параметр h_А, необходимый для использования номограммы рис.П.7.2, определяется по формуле

                 h  = 160 - h  ,                                  (П.7.7)

                  A          ДО

где h   - суммарная толщина слоев дорожной одежды, см.

     ДО

Среднее значение весенней влажности W_вeccp находим из выражения:

            W      = W  + (W     - W ) С,                         (П.7.8)

             вeccp    h     occp    h

где W   - влажность грунта по жидкой фазе в зоне первичного льдовыделения

     h     (при температуре грунта  -0,5 ... -1,0°С).

            Значения W  для разных грунтов приведены в таблице П.7.1;

                      h

    C   - коэффициент, определяемый по графику рис.П.7.3 в зависимости от

          величины критерия зимнего влагонакопления  Z,   вычисляемого, в

          свою очередь, из соотношения:

                          альфа

                  Z = ----------------                            (П.7.9)

                      2 кв.корень(К  )

                                   ВЛ

Характеристика скорости промерзания грунта земляного полотна альфа определяется из соотношений:

При коэффициенте влагопроводности грунта до 2,0 см2/ч:

для автомобильных дорог I - II категорий

                                          0,079

                      альфа = 3,24 + сигма      - 0,05 x h ,     (П.7.10)

                                                          s

где h       - толщина   слоя   эффективной   теплоизоляции    (пенопласт,

     s        пеноплэкс), см;

    сигма   - характеристика суровости  зимнего периода, определяемая для

              соответствующего региона из таблицы П.7.2;

для автомобильных дорог III - IV категорий

                                          0,079

                      альфа = 3,24 + сигма      - 0,13 x h ,     (П.7.11)

                                                          s

где h       - толщина слоя  теплоизоляции  только  из местных  материалов

      s       (керамзит,  керамзитобетон,   шлак,    золошлаковая смеяь#,

              укрепленная цементом и др.):

При коэффициенте влагопроводности грунта 2,1 - 5,0 см2/ч:

для дорог I - III категорий

                 альфа = 1,24 + 0,72 х ln сигма - 0,05 x h ,     (П.7.12)

                                                          s

для дорог IV - V категорий

                 альфа = 1,24 + 0,72 х ln сигма - 0,13 x h ,     (П.7.13)

                                                          s

При F_oh > 1 W_отн практически не зависит от h_a/h_b, поэтому приводим следующую таблицу значений W_отн в зависимости от F_oh.

F_oh	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
W_отн	0,95	0,96	0,97	0,98	0,99

При F_oh > или = 2,1 можно принять, что W_отн = 1.

Таблица П.7.1

Значения влажности W_h и W_нз для различных грунтов

Грунт	W_h	W_нз	h_кр
Песок пылеватый	0,03 - 0,04	0,02	80
Супесь тяжелая пылеватая	0,09 - 0,10	0,06	130
Суглинок легкий пылеватый	0,12 - 0,13	0,08	120
Суглинок тяжелый пылеватый	0,13 - 0,14	0,09	140
Глина пылеватая	0,19 - 0,21	0,16	150

h_кр - критическая глубина, при которой проц