Предисловие
1
РАЗРАБОТАНЫ
И ВНЕСЕНЫ
Акционерным обществом "Казахстанский дорожный научно-исследовательский институт" (АО "КаздорНИИ")
2
УТВЕРЖДЕНЫ И
ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ
Приказом Председателя Комитета автомобильных дорог Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан № 124 от 21 декабря 2018 года
3
СОГЛАСОВАНЫ
Акционерным обществом "НК "ҚазАвтоЖол" № 03/14-2-2623-И от 14 ноября 2018 года
4
СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ
2023 год
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ
5 лет
5
ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ
Введение
Автомобильная дорога должна обеспечить круглосуточное бесперебойное движение транспортных средств в течение всего срока службы. Главными конструктивными элементами автомобильной дороги являются дорожная одежда и земляное полотно, которые подвержены многократным механическим воздействиям транспортных средств и изменчивых климатических и гидрологических факторов. Из числа последних температура играет ключевую роль в обеспечении проектного срока службы автомобильной дороги. Так, в зависимости от температуры в очень широких пределах изменяются механические и реологические свойства асфальтобетонов и других дорожно-строительных материалов, содержащих битумы. При отрицательных температурах часть влаги в порах грунта переходит из жидкого состояния (вода) в твердое состояние (лед) с выделением теплоты. Необходимо уделять большое внимание изучению температурного режима автомобильной дороги и его влиянию на деформацию и прочность дорожной одежды.
Следует отметить, что сбор данных и их обработка с установлением закономерностей изменений температуры и влажности в дорожных одеждах и земляном полотне участков автомобильных дорог должны проводится достаточно длительный период времени, так как имеет место изменчивость распределения температуры и влажности из года в год вследствие изменения температуры воздуха, грунтово-гидрологических и других климатических условий в регионах республики.
В документе представлены основные показатели водно-теплового режима дорожных конструкций для различных климатических регионов Казахстана, а также методика получения экспериментальных данных о температуре и влажности в земляном полотне и дорожной одежды.
1 Область применения
1.1 Настоящие рекомендации распространяются на сеть автомобильных дорог общего пользования Республики Казахстан и предназначены для решения вопросов, связанных с текущим и перспективным планированием дорожных работ и распределением объемов финансирования, выделяемых на ремонтные работы.
1.2 Рекомендации устанавливают нормы проектирования нежестких дорожных одежд и покрытий применительно к дорожно-климатическим условиям Казахстана.
1.3 Рекомендациями следует руководствоваться при проектировании конструкций дорожных одежд для автомобильных дорог общего пользования, для расчета дорожных одежд на стадиях проектирования и эксплуатации, а также при решении инженерно-экономических задач применительно к автомобильным дорогам [1-7].
2 Нормативные ссылки
Для применения настоящих рекомендаций необходимы следующие ссылочные нормативные документы:
СП РК 2.04-01-2017 Строительная климатология.
СТ РК 2068-2010 Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования.
СТ РК 2607-2015 Технические средства организации движения в местах производства дорожных работ. Основные параметры. Правила применения.
ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин
ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.
ГОСТ 21718-84 Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности.
Примечание - При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных документов по ежегодно издаваемому информационному указателю "Нормативные документы по стандартизации", составленному по состоянию на текущий год и соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку
3 Термины и определения
В настоящих рекомендациях применяются следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 Максимальная температура воздуха: Величина температуры воздуха, характеризующая ее экстремально высокое значение в течение рассматриваемого периода времени в районе эксплуатации автомобильной дороги.
3.2 Минимальная температура воздуха: Величина температуры воздуха, характеризующая ее экстремально меньшее значение в течение рассматриваемого периода времени в районе эксплуатации автомобильной дороги.
3.3 Влажность: Показатель содержания воды в конструктивных материалах дорожной одежды и грунтовом основании. Влажность характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества или ее объема.
3.4 Дорожная одежда:Многослойная конструкция в пределах проезжей части автомобильной дороги, воспринимающая нагрузку от автотранспортного средства и передающая ее на грунт.
3.5 Земляное полотно:Конструктивный элемент, служащий основанием для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства автомобильной дороги.
3.6 Конструктивный слой:Каждый слой дорожной одежды, состоящий из однородных материалов и отличающийся от соседних слоев видом материалов, его прочностью и составом. Учитывается при расчете прочности дорожной одежды.
3.7 Покрытие дорожное: Одно- или многослойная верхняя часть дорожной одежды, устраиваемая на дорожном основании, непосредственно воспринимающая нагрузки от транспортных средств и предназначенная для обеспечения заданных эксплуатационных требований и защиты дорожного основания от воздействия атмосферных факторов.
3.8 Основание дорожное: Нижний несущий слой дорожной одежды, воспринимающий нагрузки от транспортных средств совместно с покрытием и предназначенный для ее распределения на дополнительные слои или непосредственно на грунт земляного полотна.
3.9 Земляного полотна водно-тепловой режим: Закономерность изменения в течение года влажности и температуры грунта верхних слоев земляного полотна, свойственная данной дорожно-климатической зоне и местным гидрогеологическим условиям.
3.10 Земляного полотна регулирование водно-теплового режима: Система мероприятий, направленных на снижение увлажнения и уменьшение величины морозного пучения рабочего слоя земляного полотна.
4 Общие положения
4.1 Дорожная одежда и земляное полотно являются основными конструктивными элементами, от которых зависят прочность и долговечность автомобильной дороги. На автомобильную дорогу оказывают воздействие механические нагрузки от движущихся автомобилей, климатические и гидрологические факторы. Из числа климатических факторов наиболее значимыми можно считать температуру и влажность. Так, в зависимости от температуры в широких пределах изменяются механические и физические характеристики асфальтобетонных слоев дорожной одежды. При отрицательных значениях температуры в слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна имеющаяся влага переходит из одного (жидкого) в другое (твердое) агрегатное состояние, что сопровождается выделением скрытой теплоты льдообразования и изменением объема.
4.2 Глубина промерзания грунтов является одним из основных факторов водно-теплового режима. Известно, что все грунты земляного полотна промерзают при температуре ниже 0°С. Существенное влияние на этот процесс оказывают вид грунта, его влажность и продолжительность действия отрицательной температуры. Чем выше температуропроводность грунта, тем больше глубина его промерзания. Начальная влажность грунта также способствует промерзанию, так как увеличивает его теплопроводность [8]. Это связано с тем, что при замерзании воды выделяется теплота льдообразования, поэтому скорость и глубина промерзания более влажного грунта будут меньше, чем грунта с меньшей влажностью. Следует отметить, что на глубину промерзания влияет сумма отрицательных температур воздуха, продолжительность и интенсивность действия отрицательной температуры, высота снежного покрова, залегание уровня грунтовых вод, влажность грунта и др. Таким образом, глубина промерзания грунтов в основном зависит от климатических, гидрологических, грунтовых и других природных условий, которые варьируются в широких пределах. Поэтому и глубина промерзания не остается постоянной, а изменяется из года в год [9, 10].
4.3 В нормативном документе [11] представлена карта глубины промерзания грунта земляного полотна, разработанная с использованием расчетных данных, полученных по формуле профессора В.М. Сиденко [9]. При этом, использованы климатические характеристики ограниченного числа метеостанций республики. В связи с этим, данные о глубинах промерзания грунта земляного полотна нуждаются в уточнении. Позже, эта карта была также представлена и в документе [4].
5 Методика получения экспериментальных данных
5.1 Сущность метода
Сущность метода заключается в определении температуры и влажности в слоях дорожной одежды и земляного полотна.
5.2 Общие требования
Наличие участков автомобильных дорог, с установленными на них измерительными комплексами (рисунки 1, 2).
Рисунок 1 – Система датчиков для измерения температуры и влажности
Рисунок 2 – Вид наземной части измерительных комплексов(системы датчиков)
5.3 Требования к условиям, при которых проводят измерения
5.3.1 Датчики каждого комплекта устанавливаются на различных глубинах вертикальной скважины, пробуренной в многослойной дорожной одежде и земляном полотне автомобильной дороги, в зависимости от конструкции дорожной одежды и климатических условий региона.
5.3.2 Каждый датчик, изготовленный в виде металлической капсулы, включает в себя элемент для измерения температуры, основанный на эффекте термосопротивления и элемент для измерения влажности через диамагнитную проницаемость (модификация датчиков соответствует техническим условиям [12]). Такое конструктивное решение позволяет осуществить одновременное измерение температуры и влажности в точках дорожной одежды и земляного полотна.
5.3.3 Температурные части датчиков должны быть откалиброваны изготовителем, а влажностные части - откалиброваны в соответствии с ГОСТ 21718-84.
5.3.4 Калибровка датчиков должна быть выполнена с использованием грунта, отобранного с места их закладки. Измерительные концы датчиков выводятся на поверхность дороги и собираются в измерительной камере надземного блока комплекта.
5.3.5 По способу защиты от поражения электрическим током датчики должны соответствовать ГОСТ 12.2.007.0-75.
5.3.6 Датчики работают в автоматическом режиме, осуществляют измерение температуры и влажности каждый час с записью полученной информации в запоминающее устройство.
5.3.7 Результаты измерений передаются по кабелю связи в интерфейс [13-16].
5.3.8 Технические характеристики датчиков приведены в таблице 1. Информация о конструкции датчиков температуры и влажности изложена в [17-20].
Таблица 1 – Технические характеристики датчиков температуры
и влажности
Технические данные датчиков
Единицы измерения
Количество
1 Диапазон измерения температуры
°С
-55...+80
2 Точность измерения температуры
°С
±0,2
3 Диапазон измерения влажности
%
0...40
4 Абсолютная погрешность измерения влажности
%
±1,5
5 Объем памяти
значения
не менее 200 000
6 Периодичность записи в память результатов измерений температуры и влажности
час
каждый час
7 Температурные условия эксплуатации
°С
-20…+70
8 Срок службы комплекта оборудования
лет
не менее 5
5.3.9 Снятие показаний с датчиков осуществляется посредством подключения портативного компьютерного устройства к центральному устройству, расположенному во внешнем металлическом блоке.
5.3.10 В местах проведения работ необходимо устанавливаются дорожные знаки в соответствии со СТ РК 2607-2015.
5.3.11 Полученные данные, имеют вид числовых значений, собранных в одном электронном файле Terem-4 (единицы измерения температуры - ºС, а влажности - %, в соответствии с ГОСТ 8.417-2002). Формат файла Terem-4 не соответствует обычному представлению данных в табличной форме, как это делается в Microsoft Office Word и Microsoft Office Excel (рисунок 3).
Рисунок 3 – Извлечение информации с электронного приложения датчиков Terem4
5.3.12 Затем, первичная информация переводится в формат Microsoft Office Excel. После чего, полученные данные о температуре и влажности оформляются в виде таблиц и анализируются.
5.3.13 Количество измерений зависит от продолжительности периода наблюдений.
6 Показатели водно-теплового режима дорожных конструкций для различных климатических регионов Казахстана
6.1 В рекомендациях представлены числовые данные за 20-летний период, полученные с 40 метеорологических станций, расположенных в различных климатических зонах Казахстана.
6.2 Метеорологические данные представлены непрерывно с интервалом в три часа.
6.3 Установлена корреляционная связь между суммой отрицательных температур и глубиной максимального промерзания автомобильной дороги за зимний период, описываемая следующей степенной функцией:
hпр = 2,647 · ? 0,6 (1)
где hпр – максимальная глубина промерзания автомобильной дороги, см;
? – сумма отрицательных температур воздуха за весь зимний период, град·сут.
6.4 Информация с метеорологических станций позволила получить показатели холодного периода: значения экстремальных температур (Tmin и Tmax), сумму отрицательных температур и количество суток с отрицательной температурой в 40 населенных пунктах Казахстана за многолетний период (таблица 2).
Таблица 2 – Показатели холодного периода и глубина промерзания
Метеостанция
Количество суток с отрица-тельной темпера-турой
t?, сут
Сумма отрицатель- ных темпе-ратур ϴ, град·сут
Глубина промер-зания
hпр, см
Многолетняя средняя температура, ºС
мини-мальная Тmin
макси-мальная Tmax
1 Акколь
147
1803,3
237,9
-41,5
37,4
2 Актау
41
219,1
67,2
-24,6
41,9
3 Актобе
131
1357,4
200,6
-39,0
40,9
4 Алматы
79
434,2
101,2
-22,1
37,8
5 Аральское море
109
1089,4
175,8
-33,9
42,2
6 Аркалык
138
1651,0
225,6
-39,4
39,2
7 Астана
138
1608,3
222,1
-39,4
38,6
8 Атырау
87
673,2
131,7
-35,9
41,0
9 Аягоз
137
1699,2
229,6
-38,0
37,8
10 Бейнеу
84
702,8
135,2
-33,1
44,0
11 Екибастуз
132
1689,0
228,7
-41,3
40,2
12 Есиль
142
1720,7
231,3
-39,4
38,7
13 Женибек
96
854,8
152,0
-33,2
42,0
14 Жаркент
83
542,7
115,7
-30,1
38,8
15 Жезказган
127
1365,0
201,3
-37,4
41,6
16 Зайсан
137
1735,2
232,5
-39,8
39,8
17 Индерборский
99
871,0
153,7
-34,9
43,1
18 Кайнар
145
1639,5
224,7
-38,9
37,2
19 Капшагай
88
627,8
126,3
-29,3
40,8
20 Карабутак
136
1606,8
222,0
-37,4
39,4
21 Караганда
135
1499,7
213,0
-35,6
38,3
22 Каркаралы
129
1379,9
202,6
-34,8
36,0
23 Кишкенеколь
146
1968,2
250,7
-45,0
38,8
24 Костанай
136
1658,6
226,3
-41,4
37,4
25 Кульсары
89
787,7
144,7
-31,7
42,8
26 Кызылорда
81
634,0
127,1
-31,4
43,5
27 Павлодар
138
1883,8
244,2
-44,2
39,9
28 Петропавловск
144
1843,6
241,1
-42,5
35,7
29 Рузаевка
142
1751,7
233,8
-40,6
36,8
30 Семипалатинск
137
1684,0
228,3
-41,6
40,4
31 Талдыкорган
98
769,2
142,7
-31,6
40,1
32 Тараз
65
410,6
97,9
-27,9
40,2
33 Туркестан
54
365,5
91,3
-26,4
44,2
34 Уральск
116
1151,7
181,8
-35,8
40,8
35 Оскемен
136
1727,0
231,8
-44,6
38,0
36 Учарал
113
1038,0
170,8
-39,4
42,0
37 Чапаево
107
1014,2
168,4
-37,3
40,1
38 Чиганак
105
977,0
164,7
-33,0
43,0
39 Шалкар
124
1352,7
200,2
-38,7
40,6
40 Шымкент
44
231,0
69,3
-21,7
41,7
6.5 Максимальные глубины промерзания в различных регионах Казахстана определяются по формуле 1.
6.6 Сравнение полученных показателей холодного периода (таблица 2) и аналогичных данных, приведенных в СП РК 2.04-01-2017, показывает, что специальные термины СП РК 2.04-01-2017 относятся к гражданскому строительству.
6.7 В дорожной области представляет интерес глубина промерзания, как фактор, способствующий морозному пучению.
Глубина промерзания по СП РК 2.04-01-2017 таблица 3.6 дана для открытой местности (в поле) под естественным снежным покровом. Снежный покров в данном случае выступает в роли естественного "одеяла" и глубина промерзания определенная в этом случае по своим значениям ниже, чем глубина промерзания грунта, расположенного под дорожной одеждой на автомобильной дороге. В таблице 2 глубина промерзания грунта определена под автомобильной дорогой из условий, когда снежный покров на автомобильной дороге отсутствует, в связи с проводимыми эксплуатационными мероприятиями. В работах [21, 22] отмечено, что на основе численных экспериментов было определено, что только за счет изменчивости теплофизических параметров снежного покрова расчетная глубина промерзания грунтов может отличаться в несколько раз. К основным параметрам снежного покрова, влияющим на теплообмен, относится толщина снежного покрова hs и его плотность rs.
Приведенные данные о глубине промерзания грунтов в СП РК 2.04-01-2017 таблица 3.6 относятся к ограниченному количеству населенных пунктов, а данные таблицы 2 относятся к большему количеству населенных пунктов (всего 40) и охватывают практически всю территорию республики.
Сравнение имеющиеся одинаковых населенных пунктов (городов) по обеим таблицам (таблица 3.6 СП РК 2.04-01-2017 и таблица 2) приведено в таблице 3. Во всех рассмотренных географических точках имеет место занижение сведений о промерзании грунта по таблице 3.6 СП РК 2.04-01-2017.
Таблица 3 – Сравнение глубин промерзания грунта в разных географических точках
№ п/п
Географическая точка
Глубина промерзания
Разница, см
Таблица 3.6
СП РК 2.04-01-2017
Рассчитанная по формуле (1), таблица 2
1
Костанай
203
226
23
2
Джаныбек
126
152
26
3
Жаркент
99
116
17
6.8 Сравнение приводимых в СП РК 2.04-01-2017 данных об абсолютных значениях минимальных и максимальных температур (таблицы 3.1 и 3.2), показывает то, что они относятся к большому периоду времени (приведены за период наблюдений в 35 лет), когда вероятность наступления таких температур является небольшой. В таком случае закладывая такие высокие расчетные характеристики в дорожный проект, есть риск неоправданного удорожания строительства автомобильной дороги.
Приводимые в таблице 2 значения экстремальных значений температуры относятся к меньшему периоду времени и соответственно, вероятность их возникновения будет высокой. Таким образом, предлагаемые в таблице 2 значения экстремальных температур будут максимально приближенными к их реальным значениям.
Сравнение экстремальных минимальных температур воздуха (таблица 3.1 СП РК 2.04-01-2017 и таблица 2) приведено в таблице 4. Установлено, что во всех географических точках имеет место явное превышение абсолютных значений минимальных температур, приведенных в СП РК 2.04-01-2017 над значениями, представленными в таблице 2. Эта разница максимальна для городов Алматы, Тараз, Туркестан и Жаркент и составляет 15,6 ºС, 13,1 ºС, 12,2 ºС и 12,2 ºС, соответственно.
Таблица 4 – Сравнение минимальных температур воздуха в разных географических точках
Географическая
точка
Минимальная температура воздуха, ˚С
Разница, ˚С
Таблица 3.6
СП РК 2.04-01-2017
Таблица 2
1 Петропавловск
-45
-41,5
-3,5
2 Костанай
-43,1
-41,4
-1,7
3 Аркалык
-43,2
-39,4
-3,8
4 Астана
-51,6
-39,4
-12,2
5 Павлодар
-45,5
-44,2
-1,3
6 Экибастуз
-43,1
-41,3
-1,8
7 Уральск
-43,0
-35,8
-7,2
8 Атырау
-37,9
-35,9
-2
9 Актау
-27,7
-24,6
-3,1
10 Бейнеу
-34,7
-33,1
-1,6
11 Актобе
-48,5
-39,0
-9,5
12 Жезказган
-42,7
-37,4
-5,3
13 Караганда
-42,9
-35,6
-7,3
14 Аягоз
-44,9
-38,0
-6,9
15 Зайсан
-40,9
-39,8
-1,1
16 Семей
-46,8
-41,6
-5,2
17 Оскемен
-48,9
-44,6
-4,3
18 Кызылорда
-37,2
-31,4
-5,8
19 Аральск
-37,9
-33,9
-4
20 Туркестан
-38,6
-26,4
-12,2
21 Шымкент
-30,3
-21,7
-8,6
22 Тараз
-41,0
-27,9
-13,1
23 Алматы
-37,7
-22,1
-15,6
24 Жаркент
-42,3
-30,1
-12,2
25 Талдыкорган
-42,0
-31,6
-10,4
6.9 Сравнение данных по глубине промерзания, рассчитанных по формуле 1 (таблица 2) и значений глубин промерзаний приведенных в нормативном документе [4] (рисунок 10) приведено в таблице 5. Установлено, что карта, показанная в CП РК 3.03-104-2014 (рисунок 10), в северной части республики занижает сведения о промерзании дорожных конструкций. В южной части территории Казахстана, напротив – завышает. Эта разница максимальна для городов Петропавловск и Кокшетау и составляет 33 см и 36,2 см, соответственно. В южной и западной частях разница анализируемых значений в результатах достигает 11 см.
Таблица 5 – Глубина промерзания в разных географических точках Казахстана
Географическая точка
Глубина промерзания, см
Разница, см
по карте, рисунок 10 [4]
Рассчитанные по формуле (1)
1 Актау
67,5
67,2
-0,3
2 Актобе
187,2
200,6
13,4
3 Алматы
111,7
101,2
-10,5
4 Астана
206,9
222,1
15,2
5 Атырау
134,7
131,7
-3,0
6 Жезказган
189,2
201,3
12,1
7 Караганда
202,0
213,0
11,0
8 Кокшетау
206,6
242,8
36,2
9 Костанай
204,9
226,3
21,4
10 Кызылорда
131,7
127,1
-4,6
11 Павлодар
211,7
244,2
32,5
12 Петропавловск
208,1
241,1
33,0
13 Семипалатинск
201,4
228,3
26,9
14 Талдыкорган
149,1
142,7
-6,4
15 Уральск
187,5
181,8
-5,7
16 Өскемен
201,2
231,8
30,6
6.10 В расчетах конструкций дорожных одежд на морозоустойчивость рекомендуется применять значения глубины промерзания, указанные в таблице 2, либо по карте [4] (рисунок 10)
6.11 Минимальные и максимальные значения температуры воздуха 40 метеорологических станций РК для удобства использования представлены в виде климатических карт Республики по экстремальным значениям температуры воздуха за многолетний период времени, построенные на программном комплексе SURFER (рисунки 4, 5). Кроме значений максимальной и минимальной температуры воздуха, для построения карт необходимы такие дополнительные данные как: географические координаты (широта и долгота) и высота над уровнем моря тех же 40 населенных пунктов, в которых расположены метеорологические станций РК (таблица 6).
Таблица 6 – Распределение характерных параметров климата Казахстана по 40 метеорологическим станциям за многолетний период
Метеостанция
Широта (y)
Долгота (x)
H, высота над уровнем моря, м
Tmin, ˚С
Tmax, ˚С
Hпр, м
1
2
3
4
5
6
7
1 Акколь
51,9956496
70,9359277
261
-41,5
37,4
238
2 Аркалык
50,249639
66,914047
349
-39,4
39,2
226
3 Астана
51,1605227
71,4703558
358
-39,4
38,6
222
4 Екибастуз
51,725198
75,3150685
203
-41,3
40,2
229
5 Есиль
51,9534228
66,4121857
222
-39,4
38,7
231
6 Кайнар
49,2000804
77,3918196
837
-38,9
37,2
225
7 Карабутак
49,9608194
60,1093445
230
-37,4
39,4
222
8 Караганда
49,8046835
73,1093826
543
-35,6
38,3
213
9 Каркаралы
49,4129509
75,4772753
843
-34,8
36,0
203
10 Кишкенеколь
53,6362335
72,3382061
134
-45,0
38,8
251
11 Костанай
53,2198089
63,6354232
170
-41,4
37,4
226
12 Павлодар
52,2873032
76,9674023
133
-44,2
39,9
244
13 Петропавловск
54,8732209
69,1505479
137
-42,5
35,7
241
14 Рузаевка
52,8186791
66,9548103
227
-40,6
36,8
234
15 Семипалатинск
50,4233463
80,250811
206
-41,6
40,4
228
16 Уральск
51,227821
51,3865431
32
-35,8
40,8
182
17 Оскемен
49,9749295
82,6017244
288
-44,6
38,0
232
18 Актобе
50,2839339
57,166978
216
-39,0
40,9
201
19 Аральск
46
61
29
-33,9
42,2
176
20 Аягоз
47,9755808
80,432736
669
-38,0
37,8
230
21 Женибек
49,417314
46,846277
25
-33,2
42,0
152
22 Жезказган
47,7963655
67,7020019
371
-37,4
41,6
201
23 Зайсан
47,4701444
84,8752996
624
-39,8
39,8
233
24 Индерборский
48,5573405
51,751162
5
-34,9
43,1
154
25 Кульсары
46,9691061
54,0068191
-13
-31,7
42,8
145
26 Учарал
46,1720372
80,9474113
394
-39,4
42,0
171
27 Чапаево
43,4702807
76,8057776
634
-37,3
40,1
168
28 Шалкар
47,8313394
59,6188673
169
-38,7
40,6
200
29 Атырау
47,0944959
51,9238373
-24
-35,9
41,0
132
30 Бейнеу
45,3222362
55,181848
3
-33,1
44,0
135
31 Жаркент
44,166512
79,999974
631
-30,1
38,8
116
32 Капшагай
43,8666546
77,0513838
505
-29,3
40,8
126
33 Кызылорда
44,8488314
65,4822686
127
-31,4
43,5
127
34 Талдыкорган
45,0177112
78,3804417
596
-31,6
40,1
143
35 Чиганак
45,1062734
73,9739944
351
-33,0
43,0
165
36 Алматы
43,2220146
76,8512485
852
-22,1
37,8
101
37 Актау
43,6410973
51,1985113
-15
-24,6
41,9
67
38 Тараз
42,8983715
71,3979891
623
-27,9
40,2
98
39 Туркестан
43,3050854
68,2346884
215
-26,4
44,2
91
40 Шымкент
42,3416845
69,590101
545
-21,7
41,7
69
Примечание - в значениях географических координат, долготы и широты целая часть задана в градусах, а дробная – в десятичных цифрах. Географические координаты метеорологических станций получены посредством интернет ресурса по ссылке: http://mapszoom.com
Рисунок 4 – Карта минимальных температур воздуха
Рисунок 5 – Карта максимальных температур воздуха
6.12 В расчетах значений максимальных и минимальных температур асфальтобетонных покрытий [23] рекомендуется использовать данные о минимальных и максимальных температурах воздуха из таблицы 2.
7 Закономерности распределения температуры и влажности по глубине дорожной конструкции
7.1 Распределение температуры по глубине конструкции дорожной одежды автомобильной дороги в разные сезоны года представлено на рисунке 6 (в качестве примера приведен участок, расположенный в северной части республики, автомобильной дороги "Астана-Бурабай" (с асфальтобетонным покрытием). Графики построены по данным, полученным с помощью датчиков температуры и влажности (рисунки 1 и 2). Как видно, на графиках, в разные сезоны года распределение температуры сильно отличается друг от друга: наибольшие значения температуры имеют место летом и с понижением температуры воздуха осенью происходит понижение температуры и в земляном полотне (на данном участке автомобильной дороги земляное полотно начинается на уровне 80 см). Зимой земляное полотно находится в мерзлом состоянии. С наступлением весны дорожная одежда и земляное полотно начинают оттаивать сверху вниз.
7.2 Графики распределения влажности по глубине земляного полотна в разные сезоны года на том же участке автомобильной дороги ("Астана-Бурабай") показаны на рисунках 7-9. Следует отметить, что в летний и осенний периоды года значения влажности в точках земляного полотна практически одинаковы.
Рисунок 6 – Распределение температуры по глубине автомобильной дороги в разные сезоны года
Рисунок 7 – Распределение влажности по глубине земляного полотна в летний и осенний периоды года
Рисунок 8 – Распределение влажности по глубине земляного полотна в зимний период года
Рисунок 9 – Распределение влажности по глубине земляного полотна в весенний период года
7.3 Зимой с наступлением отрицательных температур в точках земляного полотна часть содержащейся воды переходит в лед. На рисунках 8 и 9 сплошная линия показывает содержание влажности в жидком состоянии (незамерзшая вода), а пунктирная линия соответствует начальной (перед зимой) влажности. Видно, что в зимний период содержание замерзшей воды (льда) в земляном полотне уменьшается с увеличением глубины (рисунок 8). Весной происходит оттаивание земляного полотна сверху вниз. На рисунке 9 хорошо видно, что весной верхняя часть земляного полотна до 130 см оттаяла, а остальная часть земляного полотна находится в мерзлом состоянии.
Из графиков изменения температуры и влажности (рисунки 6 и 9) на поверхности земляного полотна и в верхних его слоях зимой в момент перехода температуры в отрицательную область имеет место резкое уменьшение влажности, с дальнейшим понижением температуры влажность также уменьшается. А весной при переходе температуры из отрицательной области в положительную, происходит скачкообразное увеличение влажности. Эти явления показывают фазовые переходы, имеющие место при температуре, приблизительно равной 0 ºС.
7.4 Особенности водно-теплового режима дорожных одежд и земляного полотна по регионам, отражены в [13-16, 24-30].
Библиография
[1] СН РК 3.03-01-2013 Автомобильные дороги.
[2] СП РК 3.03-101-2013 Автомобильные дороги.
[3] СН РК 3.03-04-2014 Проектирование дорожных одежд нежесткого типа.
[4] CП РК 3.03-104-2014 Проектирование дорожных одежд нежесткого типа.
[5] СН РК 3.03-03-2014 Проектирование жестких дорожных одежд.
[6] СП РК 3.03-103-2014 Проектирование жестких дорожных одежд.
[7]Технический регламент Таможенного союза "Безопасность автомобильных дорог" (ТР ТС 014/2011)от 18.10.2011 года № 827.
[8] И. Леонович, Н. Вырко. Глубина промерзания грунтов – важнейший фактор водно-теплового режима земляного полотна, Строительная наука и техника, № 5(38), 2011 (https://www.bsc.by/ru/story/glubina-promerzaniya-gruntov-vazhneyshiy-faktor-vodno-teplovogo-rezhima-zemlyanogo-polotna).
[9] Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / Под ред. И. А. Золотаря, Н. А. Пузакова, В. М. Сиденко. – М.: Транспорт, 1971. – 416 с.
[10] Пузаков, Н. А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог / Н. А. Пузаков. – М.: Автотрансиздат, 1960. – 128 c.
[11] Р РК 218-38-04 Рекомендации по учету районирования территории Казахстана по расчетной глубине промерзания грунтов земляного полотна автомобильных дорог
[12] ТУ 4215-005-7453096769-04 "Измерители влажности ВИМС-2. Технические условия".
[13] Bagdat Teltayev, Elena Suppes. Impact of freezing of subgrade on pavement deformation // Proceedings of the 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Seoul, Korea, 2017. – pp. 1-4
[14] Teltayev B, Baibatyrov A, Suppes E. Characteristics of highway subgrade frost penetration in regions of the Kazakhstan // The 15th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Fukuoka, Japan, 2015. – pp. 1664-1668.
[15] Teltayev B., Suppes E. Freezing characteristics of a highway subgrade // Sciences in Cold and Arid Regions, 9(3), China, 2017. – pp. 325-330.
[16] Teltayev B.B. and Suppes E.A. Regularities for temperature variation in subgrade of highway // Geomechanics and Engineering, Vol. 13, No. 5, 2017. – pр. 793-807.
[17] Инновационный патент РК № 30157 от 18.06.2015 г. Датчик температуры и влажности.
[18] Инновационный патент РК № 30272 от 20.07.2015. Способ определения температуры и влажности дорожной конструкции и ее грунтового основания.
[19] Евразийский патент "Способ определения температуры и влажности дорожной конструкции и ее грунтового основания", № 028207 от 31.10.2017 года.
[20] Евразийский патент "Датчик температуры и влажности дорожной конструкции", № 030700 от 28.09.2018 г.
[21] Н.И. Осокин, А.В. Сосновский, П.Р. Накалов, С.В. Ненашев. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта, журнал Лед и снег, №1(121), 2013, с. 93-103.
[22] Н.И. Осокин, Р.С. Самойлов, А.В. Сосновский, В.А. Жидков, Р.А. чернов. Роль снежного покрова в промерзании грунтов, Известия РАН. Серия география, №4, 2001, с. 52-57.
[23] Р РК 218-96-2013 Рекомендации "Районирование территории Казахстана по расчетным температурам асфальтобетонных покрытий".
[24] Б.Б. Телтаев, К.А. Айтбаев, Е.А. Суппес. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильной дороги "Астана-Бурабай", Вестник КазАТК, №2(105), 2018, С. 266-274.
[25] Б.Б. Телтаев, К.А. Айтбаев, Е.А. Суппес. Особенности водно-теплового режима земляного полотна автомобильной дороги "Кызылорда-Шымкент", Вестник КазАТК, №2(105), 2018, С. 274-282.
[26] Б.Б. Телтаев, К.А. Айтбаев, Е.А. Суппес, Қ.Б. Тілеу. К усовершенствованию дорожно-климатического районирования Казахстана, Вестник КазАТК, №2(105), 2018, С. 141-148.
[27] Пшембаев М.К., Телтаев Б.Б., Суппес Е.А. Особенности температурного режима автомобильной дороги с цементобетонным покрытием в условиях северного региона Казахстана, Автомобильные дороги мосты, № 2 (18), 2016. с. 41-47.
[28] Nugmanova & B. Teltayev. Measured temperature and moisture distribution in the subgrade of the “Almaty-Bishkek” highway, Proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineers Conference, Astana, Kazakhstan, 2016, pp. 57-60.
[29] Телтаев Б.Б., Суппес Е.А. Температурный режим автомобильной дороги на юге Казахстана, Узбекский журнал Проблемы механики № 3, 2016, с. 89-92.
[30] Телтаев Б.Б., Айтбаев К.А., Суппес Е.А. Сравнительный анализ температуры в дорожных конструкциях в разных регионах Казахстана, Вестник 1(51) Кыргызского Государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, 2016, Бишкек, Киргизская республика, с. 124-130.
Ключевые слова: температура, влажность, дорожная одежда, земляное полотно
ИСПОЛНИТЕЛИ:
Руководитель работы
д.т.н., профессор
Б.Б. Телтаев
Ответственные исполнители:
К.А. Айтбаев
Е.А. Суппес
Исполнители:
К. Тілеу