Приложение 5. Расчет дорожных конструкций на промороженных основаниях

Приложение 5

Расчет дорожных конструкций на промороженных основаниях

Высота верхней (минеральной) части насыпи по оси дороги устанавливается по теплотехническому расчету, который рекомендуется выполнять в такой последовательности:

а) определяются для принятой конструкции дорожной одежды и вида грунта земляного полотна расчетные значения коэффициентов теплопроводности и объемная теплоемкость материалов в талом состоянии согласно приложению 13;

б) устанавливаются по табл. П.5.1 продолжительность теплого периода года и средняя за этот период температура поверхности покрытия ;

Таблица П.5.1

Пункт	Средняя годовая температура воздуха, °С	Продолжительность теплового# периода года тау, ч	Средняя за период тау температура поверхности t_п °С
			земляного полотна	цементобетонного покрытия	асфальтобетонного покрытия
Тундра
Каменный мыс	-9,4	2760	6,9	8,4	9,0
Новый Порт	-3,8	2900	7,8	9,1	9,8
Тазовское	-9,3	2900	8,4	10,4	10,8
Яр-Сале	-7,5	3090	8,4	10,0	10,8
Ныда	-7,8	3050	8,4	10,2	10,4
Лесотундра
Салехард	-6,4	3240	8,8	10,6	11,2
Ра-Из	-8,2	2760	4,9	6,4	6,8
Ямбург	-6,9	3140	8,4	10,2	10,7
Полуй	-6,3	3240	9,4	10,6	11,7
Пытляр	-5,6	3360	9,0	11,0	13,0
Мужи	-5,1	3410	9,2	10,8	11,3
Надым	-6,6	3240	9,6	10,9	11,7
Уренгой	-7,8	3120	9,5	11,0	11,5
Сидоровск	-8,5	3020	9,2	11,2	11,8
Тайга
Тарко-Сале	-6,7	3260	9,8	11,5	12,0
Толька	-6,1	3540	10,6	11,7	12,0
Ларьяк	-3,3	3890	11,0	12,6	13,4
Лобчинское	-3,0	4030	10,6	12,4	13,0
Сургут	-3,1	3010	10,2	12,6	14,5
Ермаково	-3,6	3950	11,4	12,2	13,0
Горшково	-3,0	4090	10,6	12,0	12,6
Сытомино	-3,0	4000	10,6	12,4	12,8
Самарово	-1,4	4270	10,5	12,7	13,4
Нумто	-5,3	3550	9,7	12,0	12,2
Кондинское	-1,0	4010	10,2	11,8	12,4
Казым	-3,8	3900	10,3	11,7	12,3
Березово	-3,8	3810	9,8	11,8	12,4
Саранпауль	-3,9	3870	9,9	11,4	12,8
Сосьвинская	-3,4	4010	10,3	11,6	12,2
Няксимволь	-2,2	4220	9,5	11,6	12,2

в) вычисляются значения параметров:

; (1)

; (2)

, (3)

где - коэффициент теплопроводности грунта земляного полотна в талом состоянии, ; - коэффициент теплообмена, ; - соответственно толщины, м, и коэффициенты теплопроводности, ., конструктивных слоев дорожной одежды; - объемная теплоемкость грунта земляного полотна в талом состоянии, ; - температура льдообразования, принимаемая для песков от -0,4 до -0,6°С, для легких супесей от -0,2 до 0°С, для легких пылеватых супесей от 0,3 до 0,5°С, для тяжелых пылеватых супесей от -0,9 до -1,4°С, для пылеватых глин и тяжелых суглинков от -1,2 до -2°С; - расход тепла на плавление льда в единице объема грунта, , который определяется по формуле

, (4)

где и - соответственно плотность сухого грунта, , и влажность, %, грунта земляного полотна; величины и принимаются по табл. П.13.8; - скрытая теплота плавления льда, 80 ккал/кг, - среднее содержание незамерзшей воды в грунте, %.

Ориентировочно величина принимается равной: 0 - для песков, 7% - для супесей, 10% - для суглинков, 15% - для глин;

г) определяется высота минеральной части насыпи по формуле

, (5)

где - глубина оттаивания земляного полотна с учетом принятой конструкции дорожной одежды, м; величина определяется по графикам (рис. П.5.1) при известных параметрах и ; - коэффициент эквивалентного приведения (по условиям оттаивания) величины к грунту земляного полотна принимается равным 3,9 для песков, 4,0 - для супесей, 4,1 - для суглинков легких, 4,2 - для суглинков тяжелых и глин; - допустимая глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху в период эксплуатации дороги, м; величина устанавливается с учетом категории дороги по табл. П.5.2.

Таблица П.5.2

Категория дороги	Допустимая глубина оттаивания h_д, м, при использовании в насыпи грунтов
	песчаных	глинистых
III-В	0,30	0,25
IV-В	0,40	0,35
V-В	0,50	0,45

Прочность дорожной конструкции проверяется комплексным расчетом согласно приложению 7.

Конструктивные параметры мерзлого торфяного основания (ширина и толщина промораживаемого слоя болота и намораживаемой торфяной плиты) определяются исходя из условий:

; (6)

. (7)

где - толщина намораживаемой плиты из торфа, м; - толщина промороженного слоя торфяной залежи, м; - осадки талого слоя торфяной залежи под действием веса дорожной конструкции и подвижной нагрузки, м; подвижную нагрузку рекомендуется учитывать в том случае, когда высота минеральной части насыпи менее 1,0 м; - осадка намороженного слоя торфа при максимальном оттаивании его в период строительства, м; - требуемое возвышение намороженной торфяной плиты над поверхностью болота, принимаемое равным 0,3-0,4 м; - величина оттаивания мерзлого основания снизу, которая для большинства торфяных залежей Западной Сибири (за исключением проточных топей, топей выклинивания и т. п.) составляет 0,09-0,11 м; - минимальная толщина мерзлого основания из условий обеспечения деформативной устойчивости дорожной конструкции, устанавливаемая по табл. П.5.3.

Таблица П.5.3

Тип дорожных покрытий	Величина H_д, м, при сопротивлении сдвигу верхнего промораживаемого слоя торфяной залежи, кгс/см2
	0,1	0,05-0,1	0,05
Сборные цементобетонные	1,00	1,15	1,30
Переходные и низшие	0,55	0,60	0,70

Для повышения общей устойчивости дорожной конструкции на болотах, снижения осадок и уменьшения объема работ по намораживанию торфяной плиты целесообразно верхний слой торфяной залежи промораживать на возможно большую глубину.

Минимальная толщина верхнего промораживаемого слоя торфяной залежи , обеспечивающая безопасное ведение строительных работ в зимнее время, назначается с учетом механических свойств торфяной залежи по табл. П.5.4.

Таблица П.5.4

Сопротивление сдвигу верхнего слоя торфяной залежи, кгс/см2	0,1	0,05-0,1	0,05
Минимальная величина H_пл, м	0,40	0,45	0,50

Глубина промерзания, м, за время , ч, или время, в течение которого торфяная залежь промерзнет на величину прогнозируется по формуле

, (8)

где - содержание льда в мерзлом торфе, , величина устанавливается по графику (рис. П.5.2) в зависимости от влажности торфяной залежи ; - объемная теплоемкость торфа в талом состоянии, , определяемая по данным приложения 13; - температура торфяной залежи на глубине 3,0-3,5 м (глубина нулевых амплитуд для торфа), °С; величина устанавливается по замерам в любое время года; - средняя за период промораживания температура воздуха °С; величина устанавливается по данным метеорологических станций; - коэффициент теплопроводности торфа в мерзлом состоянии, , устанавливается согласно приложению 13; - толщина слоя торфа с термическим сопротивлением, равным термическому сопротивлению слоя мерзлого торфа толщиной , при которой начинают расчистку болота от снега и промораживание торфяной залежи, м

, (9)

где - коэффициент теплообмена, равный 20 .

Время промерзания торфяных залежей болот I типа при = 0,15 м допускается устанавливать на стадии разработки технического проекта по графикам на рис. П.5.3.

Ширина мерзлой торфяной плиты основания определяется по формуле

, (10)

где - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,5 при строительстве на болотах I типа и 2,0 - при строительстве на болотах II типа; - модуль упругости мерзлого торфа при температуре 0°С, равный ; - удельный вес торфа, равный 1 ; - коэффициент Пуассона, равный для мерзлого торфа 0,34.

Осадка талого слоя торфяной залежи () определяется по методике, изложенной в приложении 3.

Осадка от оттаивания сверху намороженной торфяной плиты () определяется по формуле

, (11)

где - максимальная глубина оттаивания намороженной торфяной плиты в период возведения минеральной части; если досыпка земляного полотна до проектных отметок выполняется в течение всего теплого периода, то м.