Пеностекло или песок, что выбрать при строительстве морозозащитного слоя дорог?

Традиционно во многих регионах РФ для устройства морозозащитных слоев чаще всего используется песок средний и крупный, щебеночно-песчаная смесь оптимального гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 25607. В первую очередь такой слой выполняет дренирующую функцию, отводя воду и осушая тем самым земляное полотно. Чем крупнее песок и чем меньше в нем глинистых частиц, тем быстрее и легче будет отводиться через него вода в кювет. Песок должен отвечать требованиям ГОСТ 25607.

Высокими теплоизоляционными характеристиками песчаный слой не обладает, и поэтому земляное полотно в холодный период года промерзает на значительную глубину. Если песок некачественный или заилился в процессе эксплуатации, то он не способен справляться со своей основной функцией – водоотведением. Дорожная конструкция промерзает, и в ней неизбежно протекают процессы морозного пучения в грунтах насыпи и естественного основания. К тому же водонасыщение грунтов происходит не только сверху от осадков в виде дождя, но и снизу за счет миграции влаги к границе промерзания.

По расчетам, на некоторых участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями толщина морозозащитного слоя из песка может достигать более одного метра. На таких участках трудно обеспечить необходимое количество кондиционных песчаных грунтов высокого качества для устройства морозозащитных слоев. Во многих районах возникают технологические сложности при добыче качественных грунтов или они совсем отсутствуют. Поскольку преобладают тяжелые глинистые и суглинистые почвы. Перевозка строительного песка от карьеров до участка строительства дороги зачастую составляет десятки и сотни километров. В связи с этим, устройство морозозащитных слоев из песка становится технологически и экономически нецелесообразным инженерным мероприятием.

Применение пеностекольного щебня в качестве морозозащитного слоя при строительстве дорог позволяет сократить потребность в привозных материалах для строительства земляного полотна в районах, где они являются дефицитными.

С целью сравнения глубины промерзания с традиционно используемой конструкцией был сделан теплотехнический расчет двух дорожных конструкций в одинаковых условиях: конструкция с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м и конструкция с морозозащитным слоем из крупного песка толщиной 0,30 м.

Математическое моделирование температурного режима дорожных конструкций выполнялось решением системы дифференциальных уравнений теплопроводности применительно к расчету процессов промерзания в программном комплексе QFrost.

Автомобильная дорога, для которой производился расчет, расположена вблизи Тюмени и характеризуется следующими параметрами: многослойной дорожной одеждой, толщиной по оси 0,42 м (асфальтобетон – 0,12 м и щебень 0,3 м), высотой насыпи 1,6 м, шириной по верху 8 м, шириной по низу 14,4 м, крутизной откосов насыпи 1:2. Насыпь отсыпается из местных грунтов – пылеватых супесей. Под насыпью залегают грунты ненарушенного сложения мощностью 10 м – тяжелые суглинки.

По результатам математического моделирования построены температурные поля.



Рис. Температурные поля моделируемых конструкций на 28 февраля второго года эксплуатации: а – конструкция с морозозащитным слоем из крупного песка толщиной 0,30 м, б – конструкция с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м

Результаты моделирования показали, что глубина промерзания в дорожной конструкции с морозозащитным слоем из песка крупного толщиной 0,3 м составила 2,6 м от низа дорожной одежды на 28 февраля второго года эксплуатации (рис.а). Грунт насыпи промерзает полностью, и дополнительно фронт промерзания распространяется в естественное основание на глубину 1,4 м (рис.а). Соответственно, при неблагоприятных гидрогеологических условиях неизбежно будут протекать процессы морозного пучения, вызывающие разрушение дорожных конструкций.

В дорожной конструкции с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м глубина промерзания составила 0,2 м от низа дорожной одежды на 28 февраля второго года эксплуатации (рис.б).

По результатам моделирования можно отметить, что для полного предотвращения промерзания земляного полотна или для ограничения глубины промерзания допустимыми пределами целесообразно укладывать морозозащитный слой из пеностекольного щебня. При укладке морозозащитного слоя из пеностекольного щебня наблюдается стабилизация водно-теплового режима автомобильной дороги, следовательно, обеспечивается устойчивость и эксплуатационная надежность.