5. Технология содержания и ремонта покрытий разных типов
Воздействие природных факторов на дорогу
жүктеу/скачать 109.89 Kb.
|
| 3.Воздействие природных факторов на дорогу
Транспортные средства воздействуют на дорогу обычно одновременно с факторами, зависящими от природно-климатических условий (водой, температурой, ветром, солнечной радиацией). Из всего разнообразия природно-климатических факторов наибольшее влияние на состояние дорог и на условия движения автомобилей оказывают грунтово-геологические и гидрологические условия, рельеф и ландшафт местности, а также погодно-климатические условия или факторы. Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выделяют тип и характеристики грунтов земляного полотна и подстилающих слоев, глубину промерзания, глубину и характер залегания грунтовых вод, условия стока поверхностных вод. К погодно-климатическим факторам относятся: атмосферное давление, солнечная радиация, температура и влажность воздуха, осадки (дождь, снегопад, ветер, метель, гололед, туман), а также сочетание этих факторов. Воздействие погодно-климатических факторов формирует водно-тепловой режим земляного полотна (ВТР), под которым понимают закономерные сезонные изменения в полотне и слоях одежд влажности и температуры. В дорожной конструкции (дорожная одежда + земляное полотно) происходят сложные процессы: нагревание, охлаждение, промерзание, оттаивание, испарение, конденсация, сублимация, облимация. В результате в дорожной конструкции систематически происходят диффузионные процессы тепла и влаги, называемые тепломассопереносом или тепловлагообменом (ТВО), обусловливающие колебание влажности и температуры. Изменение характеристик ВТР существенно влияет на прочность, долговечность полотна и дорог, приводит к снижению транспортно-эксплуатационных свойств дорог. Степень действия среды на дорогу в конечном итоге определяется видом и мощностью источников увлажнения дорожной конструкции и интенсивностью температурных воздействий. Дорожная одежда и земляное полотно (Рисунок 1) должны быть запроектированы таким образом, чтобы даже весной, т.е. в самый неблагоприятный для службы дорог период расчeтного года, обеспечивалась требуемая по условиям движения прочность конструкции (КПР³1,0) и наряду с этим она обладала необходимой морозоустойчивостью (наибольшее зимнее поднятие — пучение поверхности покрытия — примерно равно 40 мм). Рисунок 1. - Схема круглогодичного цикла водно-теплового режима и состояния конструкции дорожной одежды 1 – уровень подземных вод; 2 – ход промерзания конструкции; 3 – ход оттаивания конструкции; 4 – зимнее пучение; 5 – осадка покрытия при оттаивании конструкции; 6 – изменение влажности WОТН грунта земляного полотна (в долях WТ ); 7 – то же, степени плотности КПЛ; 8 – то же, модуля упругости ЕУ; 9 – то же, сцепления С; 10 – изменение коэффициента прочности дорожной одежды КПР; 11 – асфальтобетон; 12 щебень; 13 – песок средней крупности; 14 – лeгкий пылеватый суглинок (цифры в кружках обозначают величины угла внутреннего трения грунта в градусах). Основные источники увлажнения дорожной конструкции (Рисунок 2): атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в покрытии, обочины (особенно в местах сопряжения с проезжей частью); вода, застаивающаяся на поверхности полотна, в боковых резервах и кюветах вследствие затрудненного поверхностного стока и увлажняющая грунт земляного полотна в процессе молекулярного и капиллярного передвижения; подземная вода, поднимающаяся по капиллярам, особенно при промерзании конструкции и близком к поверхности дороги залегании подземных вод; парообразная вода, перемещающаяся от тeплых слоев к более холодным. Зимой при промерзании конструкции вода может передвигаться снизу вверх и концентрироваться у фронта промерзания, повышая влажность грунта. Рисунок 2. - Схема источников увлажнения дорожной конструкции: 1 – атмосферные осадки; 2 – вода в канавах; 3 – подземная вода ; 4 – песчаное основание Интенсивность температурных воздействий. Степень опасности водно-теплового режима по этому виду воздействий характеризуют продолжительностью морозного периода в днях ТХ, равного периоду между датами перехода температуры воздуха через 0 осенью и весной; минимальной tMIN b или средней температурой воздуха за холодный период; среднемаксимальной температурой воздуха tMAX b в наиболее жаркие месяцы, а также комплексными температурными показателями морозным индексом SТXtb в град-днях и размахом Rt=tMAX–tMIN. Чем выше значения морозного индекса (изменяются от 50 до 2000), размаха Rt, ТХ, тем опаснее морозное воздействие среды на дорогу[3]. Физическая теория тепловлагообмена в дорожных конструкциях. Воздействие факторов внешней среды на дорогу вызывает тепловлагообмен в полотне и слоях одежды. Этот процесс является сложным, взаимосвязанным. Изменение температуры вызывает миграцию (медленное движение) влаги. Влагонакопление и переход в иную форму влаги способствует теплообмену. Поэтому процесс тепло- и влагообмена необходимо рассматривать во взаимосвязи. Установлено, что грунты и слои одежд воздухопроницаемы, поры в них между собой сообщаются. Следовательно, в земляном полотне и слоях одежды имеются условия для массообмена: воздухообмена и парообмена. Обмен возможен в случае, если влажность грунта меньше его полной влагоемкости, то есть W>WПВ. При полной влагоeмкости все поры грунта заполнены жидкой фазой и воздухо- и парообмен прекращается. В водоненасыщенных грунтах влага содержится в двухфазном состоянии: Wп — водяной пар всегда в насыщенном состоянии (d»100 %, где d — относительная влажность внутрипорового воздуха) и WХ — жидкая фраза. Соотношение фаз постоянно изменяется и зависит от общей влажности грунта. В мeрзлых грунтах дополнительно возникает твердая фаза — лед, количество которой пропорционально величине . При температуре грунта tГ ниже 0 не вся жидкая фаза переходит в лед вследствие частичного засоления и действия молекулярных сил, исходящих от грунтовых частиц. Температура льдообразования tЛ в зависимости от минералогического состава грунта от –0,5ОС для песков до –2,5ОС для глин. Даже при очень низкой температуре грунта при tГ от –20 до –50ОС часть жидкой фазы не промерзает. Поэтому в течение всего морозного периода происходит диффузия водяного пара, миграция жидкой фазы и льдообразование. Жидкая фаза испаряется и замерзает, водяной пар конденсируется на жидкой или твeрдой фазе. Теплообмен в дорожных конструкциях происходит за счeт трeх составляющих. Основная часть тепла передается от частицы к частицам за счeт теплопроводности (кондукции). Вторая по удельному весу составляющая теплообмена — это тепло фазовых превращений при промерзании–оттаивании, конденсации–испарении, облимации–сублимации. Третья, конвективная составляющая теплообмена незначительная — 2—3 % и ею можно пренебречь. Влагообмен протекает за счeт наличия потенциалов концентрации жидкой фазы и тепла. Водяной пар диффундирует от мест с большим парциальным давлением P1 в места с меньшим давлением Р2. Поскольку водяной пар находится в насыщенном состоянии и Р=f(tг), то он диффундирует от тeплых мест к холодным. Это процесс термодиффузии. Жидкая фаза мигрирует за счeт наличия двух потенциалов – концентрации и температуры. За счeт первого потенциала жидкая фаза мигрирует от мест с большой влажностью к местам с меньшей влажностью (концентрационная миграция). Этот потенциал является преобладающим в миграции жидкой фазы (95—98 %). За счeт второго потенциала происходит термомиграция жидкой фазы в количестве 2—5 %. Грунт обволакивает плeнки жидкой фазы. Свободные поры заполняют насыщенный пар. Объяснение процесса миграции жидкой фазы в условиях двухфазовой миграции дает гидротермодинамическая гипотеза, в соответствии с которой давление Р в плeнке воды, обусловливающее концентрационную миграцию влаги по обволакивающим пленкам, равно: , где (4.26) PП – парциальное давление водяного насыщенного пара в порах; s – поверхностное натяжение водяной пленки, обволакивающей грунтовые частицы или агрегаты; r – радиус кривизны пленки влаги в контакте с паровоздушной смесью. Выражение (4.26) объясняет сущность тепломассообмена. Так, если соприкасаются две зоны грунта с одинаковой температурой, но разной влажностью: W1>W2, то миграция будет происходить от мест с большей влажностью (W1) в места с меньшей влажностью (W2). Это можно объяснить следующим образом. С увеличением влажности W1 толщина водной пленки увеличивается, при этом s1 уменьшается, r1 увеличивается, а давление пара PП1, сжимаемого водной пленкой, возрастает. При этом P1 увеличивается. Поскольку P1>P2 , влага мигрирует из зоны W1 в зону W2. Если соприкасающиеся зоны грунта имеют разную температуру: t1>t2, то в теплой зоне давление пара PП1>PП2, поверхностное натяжение s1 будет меньшим вследствие меньшей вязкости и согласно выражению (4.26) P1>P2, т.е. жидкая фаза и водяной пар будут мигрировать из тeплой зоны t1 в холодную t2. В результате ухудшения водно-теплового режима могут проявляться следующие негативные явления: избыточное влагонакопление в отдельных зонах полотна вследствие инфильтрации воды через трещины в покрытии, через обочины и откосы после дождей или поверхностного стока; увлажнение грунтового основания от горизонта близкого залегания грунтовых вод или от длительного застоя воды в боковых канавах, коллекторах, что наблюдается в районах болот, орошаемых районах; повышенное увлажнение грунта в верхней части земляного полотна к концу морозного (холодного) периода; образование пучин на участках интенсивного морозного влагонакопления; весеннее (или в период зимних оттепелей) разрушение дорожных одежд вследствие переувлажнения грунта и потери прочности; разрушение откосов, прежде всего высоких насыпей, от переувлажнения; разрушение высоких насыпей от скопившейся в теле воды. При быстрых понижениях температур с переходом ниже 0 образуются температурные трещины в дорожной одежде. Интенсивный прогрев солнечными лучами в летний период приводит к повышению пластичности асфальтобетона, что способствует образованию сдвигов, волн и наплывав на покрытии. жүктеу/скачать 109.89 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|