Аналіз підходів до оцінювання просочування вологи опадів у ґрунт узбіччя автомобільних доріг

Опубліковано:
Номер: Випуск 30(2024)
Розділ: Геодезія та землеустрій
Cторінковий інтервал статті: 253-263
Ключові слова: автомобільна дорога, вологість, ґрунт, дощ, земляне полотно, опади, узбіччя.
Як цитувати статтю: Каськів В. І., Касай К. І. Аналіз підходів щодо оцінювання просочування опадів у ґрунт узбіччя автомобільних доріг. Дороги і мости. Київ, 2024. Вип. 30. С. 253–263.
Як цитувати статтю (references): Volodymyr Kaskiv, Kostiantyn Kasai. Analysis of approaches to assessing rainwater infiltration into roadside soils. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2024. Issue 30. P. 253–263 [in Ukrainian].

Автори

Національний транспортний університет (НТУ), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0003-3292-3339
Державне підприємство «Національний інститут розвитку інфраструктури» (ДП «НІРІ»), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-8074-6798

Анотація

Вступ. У статті досліджується вплив атмосферних опадів на дорожню конструкцію, зокрема на інфільтрацію води у ґрунт узбіччя автомобільних доріг, що є важливим аспектом для забезпечення їхньої довговічності. Забезпечення надійного функціонування дорожньої конструкції стає дедалі важливішим в умовах зростаючих транспортних навантажень і кліматичних змін, що призводять до підвищення кількості опадів. Постійне проникнення вологи в земляне полотно може спричинити руйнування дороги, створюючи ризики для безпечного пересування транспорту та потребу в частому ремонті. Важливим є розроблення та впровадження ефективних методик оцінювання просочування вологи в ґрунт, що дозволить забезпечити довговічність та економічну ефективність експлуатації доріг.

Проблематика. В умовах зміни клімату та збільшення кількості інтенсивних опадів актуальним є питання оцінки їхнього впливу на дорожню конструкцію автомобільної дороги. Накопичення вологи в земляному полотні може призводити до порушення стабільності ґрунтової основи, що знижує несну здатність дорожнього одягу. Дослідження, спрямовані на аналізування інфільтрації опадів та їхнього впливу на дорожні конструкції дозволять впровадити ефективні рішення для підтримування належного експлуатаційного стану доріг.

Мета. Метою даного дослідження є порівняння двох основних методик оцінювання кількості опадів, що проникають у ґрунт узбіччя автомобільних доріг, з урахуванням різних кліматичних і геологічних умов. Дослідження має на меті визначити переваги та обмеження кожної методики для подальшого використання їх у дорожній практиці з метою забезпечення надійності дорожньої конструкції.

Матеріали та методи. У дослідженні використано статистичні методи аналізу даних про опади, отриманих із різних джерел, для обчислення коефіцієнтів кореляції Пірсона. Це дозволило оцінити взаємозв’язок між даними про кількість опадів і їхній вплив на ґрунт узбіччя. Крім того, у роботі було застосовано порівняння двох методик: методики регулювання водно-теплового режиму дорожніх конструкцій, що враховує сезонні кліматичні зміни, та методики застосування геосинтетичних матеріалів для контролю інфільтрації води.

Результати. Аналіз метеорологічних даних показав високий ступінь кореляції, що свідчить про узгодженість різних джерел інформації та їхню придатність для використання в наукових розрахунках. Методика регулювання водно-теплового режиму враховує природні та сезонні чинники, які впливають на процес інфільтрації вологи, але вона є складною у застосуванні через необхідність великої кількості вхідних даних і використання підбору значень для отримання точних результатів. Методика, що передбачає використання геосинтетичних матеріалів, виявилася ефективнішою в умовах підвищеної вологості та на ділянках з ускладненою геологічною ситуацією, оскільки вона дозволяє краще контролювати надходження води в узбіччя за допомогою сучасних технічних рішень, проте у ній не враховано вид ґрунту.

Висновки. У результаті проведеного дослідження встановлено, що обидві розглянуті методики можуть бути ефективно застосовані для оцінки інфільтрації атмосферних опадів у ґрунт узбіччя автомобільних доріг залежно від конкретних умов проєкту. Методика регулювання водно-теплового режиму більш доцільна для застосування у проєктах, де необхідно враховувати сезонні зміни клімату та природні процеси. Натомість методика використання геосинтетичних матеріалів є ефективнішою на ділянках з високим рівнем вологості та складними геологічними умовами. Результати дослідження сприятимуть покращенню проєктних рішень щодо експлуатації доріг в умовах змін клімату та підвищення стійкості дорожніх конструкцій до впливу опадів. Подальші дослідження мають бути спрямовані на удосконалення існуючих методик і розроблення нових підходів, які дозволять підвищити надійність дорожньої конструкції.

Посилання

  1. Петрович В. В., Касай К. І. Дослідження характеристик опадів для розрахунків поверхневого водовідведення й інфільтрації вологи в ґрунт земляного полотна автомобільних доріг. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 2024. Вип. 119. Ч. 2. С. 137–146.
  2. Науково-прикладний довідник з клімату СРСР. Серія 3. Багаторічні дані. Частини 1-6. Випуск 10. Українська РСР. Книга 1. Гідрометиоіздат, 1990. 605 с.
  3. ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 Будівельна кліматологія. Київ, 2011. 127 с. (Інформація та документація).
  4. Сіденко В. М. Розрахунок і регулювання водно-теплового режиму дорожніх одягів і земляного полотна. Автотрансіздат, 1962. 116 с.
  5. Пузаков М. А., Золотарь І. А., Сіденко В. М., Тулаєв А. Я. Водно-тепловий режим земляного полотна і дорожніх одягів. Транспорт, 1971. 414 с.
  6. Сіденко В. М. Автомобільні дороги. Удосконалення методів проектування і будівництва. Будівельник, 1973. 279 с.
  7. Савенко В. Я., Каськів В. І. Вплив опадів на розподіл вологості грунтів верхньої частини земляного полотна. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 1997. Вип. 54. С. 6–11.
  8. Каськів В. І. Удосконалення показників робочої зони високих насипів з врахуванням інфільтрації атмосферних опадів : дис... канд. техн. наук : 05.22.11. К., 1998. 286 с.
  9. Савенко В. Я., Славінська О. С., Стьожка В. В. Індивідуальний підхід при проектуванні дренажів мілкого залягання з урахуванням кліматичних особливостей регіону. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 2011. Вип. 80. С. 3–15.
  10. Стьожка В. В. Удосконалення методу розрахунку дренажних систем мілкого закладення : дис... канд. техн. наук : 05.22.11. К., 2015. 219 с.
  11. Бубела А. В. Дослідження закономірностей зволоження дорожньої конструкції та методи його регулювання. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 2019. Вип. 105. C. 44–48. URL: http://publications.ntu.edu.ua/avtodorogi_i_ stroitelstvo/105/44.pdf.
  12. Savenko V., Kvatadze A., Davydenko О., Stozhka V., Ianchuk L. Forecasting of the moisture mode of the drainage layer of a road structure under the action of a load. Eastern-European. Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 4, No. 7 (106). P. 62–75. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209421.
  13. Бубела А. В. Методологія проектування поперечних дренажів мілкого закладання з оцінкою якісного стану автомобільної дороги: дис... д-ра. техн. наук : 05.22.11. К., 2021. 427 с.
  14. Рувинський В. І. Оптимальні конструкції земляного полотна на основі регулювання водно-теплового режиму. Транспорт, 1982. 166 с.
  15. Каськів В. І., Гаврищук В. В. Обґрунтування доцільності проєктування систем поверхневого водовідведення, як складової комплексу очисних споруд на автомобільних дорогах. Дороги і мости. 2020. Вип. 21. С. 95–109. URL: https://doi.org/10.36100/dorogimosti2020.21.095.
  16. Kaskiv V., Havryshchuk V. Mathematical model for the duration of runoff formation determined from the road surface. Heliyon. Volume 6, ISSUE 12, E05687, December 01, 2020 URL: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05687.
  17. Солодкий С. Й., Каськів В. І., Гаврищук В. В. Поверхнева концентрація стоку та розрахунковий похил автомобільних доріг. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 2019. Вип. 106. С. 46–53.
  18. МР В 2.3-02070915-849:2014 Методичні рекомендації щодо регулювання водно-теплового режиму у межах робочого шару земляного полотна автомобільних доріг. 2014. 61 с. (Інформація та документація).
  19. Р В.2.3-218-02070915-755:2009 Рекомендації із застосування геосинтетичних матеріалів при регулюванні водно-теплового режиму дорожньої конструкції. 2009. 13 с. (Інформація та документація).
  20. Посібник до ДСТУ 9057:2020 настанова з проєктування та влаштування споруд поверхневого водовідведення на автомобільних дорогах загального користування. К., 2020. 121 с. (Інформація та документація).
  21. М 218-02070915-684:2011 Методика визначення пропускної здатності дренажної конструкції мілкого залягання з урахуванням річного циклу роботи. 2011. 26 с. (Інформація та документація).
  22. МР В.2.3-37641918-933:2023 Методичні рекомендації з проєктування дорожніх конструкцій з поперечними трубчастими дренажами мілкого закладання на основі дослідження напружено-деформованого стану. 2023. 31 с. (Інформація та документація).
  23. Посібник з проектування методів регулювання водно-теплового режиму верхньої частини земляного полотна (до СНиП 2.05.02-85). 1989. 97 с. (Інформація та документація).
  24. ДСТУ Б В.2.1-12:2009 Основи та підвалини будинків і споруд. Ґрунти. Метод лабораторного визначення максимальної щільності. 2010. 18 c. (Інформація та документація).
  25. ДСТУ Б В.2.1-17:2009 Основи та підвалини будинків і споруд. Ґрунти. Методи лабораторного визначення фізичних властивостей. 2010. 33 c. (Інформація та документація).
  26. ДСТУ Б В.2.1-23:2009 Основи та підвалини будинків і споруд. Ґрунти. Методи лабораторного визначення коефіцієнта фільтрації. 2010. 19 c. (Інформація та документація).