Приложение Д. Теплотехнические расчеты оснований на вечномерзлых грунтах

Приложение Д

Теплотехнические расчеты оснований на вечномерзлых грунтах

Д.1 Теплотехническим расчетом должна определяться требуемая толщина термоизоляционного слоя искусственного основания покрытий, при которой естественное основание сохраняется в постоянно мерзлом состоянии или подвергается сезонному оттаиванию до установленной глубины.

Д.2 Исходные данные для теплотехнического расчета:

- принятая конструкция покрытия и искусственного основания;

- допускаемая глубина сезонного оттаивания естественного основания, м;

- теплофизические характеристики материалов покрытия и искусственного основания, определяемые по таблице Д.1, а грунтов - по таблице Д.2;

- средняя за период оттаивания температура поверхности покрытия, вычисляемая как среднеарифметическое из среднемесячных температур поверхности покрытия за теплый период года, определяемых согласно Д.3;

- продолжительность периода оттаивания, определяемая согласно Д.5;

- температура вечномерзлого грунта, °С, на уровне годовых нулевых амплитуд (за которую принимают среднегодовую температуру грунта на глубине 10 м), определяемая по данным инженерно-геологических изысканий.

Д.3 Среднемесячная температура поверхности покрытия , °С, вычисляется по формуле

, (Д.1)

где - среднемесячная температура воздуха, °С, определяемая по СП 131.13330;

- поправка к среднемесячной температуре воздуха , °С, принимаемая по таблице Д.3;

- среднемесячный радиационный баланс покрытия, :

- для асфальтобетонного, гравийного и щебеночного покрытий;

- для бетонного и железобетонного покрытий;

- расчетная суммарная солнечная радиация, ;

- суммарная солнечная радиация, , устанавливаемая по данным гидрометеорологической службы, а при их отсутствии - по графику (рисунок Д.1);

- поправка к суммарной солнечной радиации , , определяемая по таблице Д.4;

- тепловой поток, учитывающий теплосодержание аэродромной одежды и подстилающих грунтов, а также процессы испарения и фазовые переходы, ;

- коэффициент теплообмена, , принимаемый равным:

при м/с;

при м/с;

- средняя за месяц скорость ветра, м/с, определяемая по данным гидрометеорологической службы.

При определении годового температурного баланса среднемесячную температуру поверхности покрытий следует принимать без учета поправок и .

Д.4 Требуемую толщину термоизоляционного слоя следует устанавливать в следующем порядке:

- назначается ориентировочная толщина термоизоляционного слоя;

- определяется расчетная глубина сезонного оттаивания конструкции аэродромной одежды и основания;

- расчетная глубина оттаивания сравнивается с допустимой глубиной оттаивания, в случае расхождения этих значений более чем на 5% корректируется толщина термоизоляционного слоя и расчет повторяется.

Д.5 Расчетную глубину сезонного оттаивания , м, однородного по глубине грунтового массива следует определять по формуле

, (Д.2)

где - абсолютная средняя температура на поверхности покрытия за период оттаивания, °С;

- количество тепла, затрачиваемое на фазовые переходы и нагрев материала слоя, :

;

- влажность грунта за счет содержания незамерзшей воды, доли единицы, определяемая согласно приложению Е;

- значение, учитывающая поток холода снизу, :

;

- абсолютная температура на уровне нулевых годовых амплитуд, °С;

- продолжительность периода оттаивания (время действия положительных среднемесячных температур на поверхности покрытия), ч;

w, - принимаются по данным инженерно-геологических изысканий;

, , , - принимаются по таблице Д.2.

Таблица Д.1

Материал покрытия и искусственного основания	Плотность сухого материала ,	Суммарная влажность w, доли единицы	Коэффициент теплопроводности,		Объемная теплоемкость,
Цементобетон	2300	0,03	1,85	1,90	2010	1675
Асфальтобетон	2200	0,03	1,30	1,40	3685	3390
Пескоцемент	2000	0,05	1,65	1,80	2010	1540
Грунтоцемент	2000	0,05	1,40	1,50	1925	1780
Шлакобетон	1600	0,05	0,65	0,80	1800	1675
	1300	0.05	0,45	0,60	1465	1360
	1000	0,05	0,35	0,40	1130	1045
	900	0,05	0,30	0,35	1005	920
Керамзитобетон	1600	0,05	0,60	0,70	2345	2180
	1400	0,05	0,45	0,60	2050	1905
	1200	0,05	0,35	0,40	1760	1635
Пенобетон	1200	0,05	0,35	0,45	1510	1405
	1000	0,05	0,30	0,40	1255	1170
	500	0,10	0,20	0,25	630	565
Песок, супесь и суглинок, укрепленные:
золой уноса битумом или битумной	1900	0,05	1,15	1,40	1935	1730
эмульсией	1800	005	0,95	1,15	1840	1675
Галька (щебень) с песком	1800	0,10	1,85	2,20	2260	1885
То же, с глиной	1800	0,10	2,00	2,35	2345	1970
Гравий, щебень гранитный	1800	0,10	2,00	2,35	1840	1675
Щебень осадочных пород	1600	0,10	1,40	2,05	1760	1590
Шлак	800	0,10	0,30	0,35	1090	985
Мохоторф под насыпью	-	3,55	0,50	0,80	-	-
Примечание - См. примечания 1 и 3 к таблице Д.2.

Таблица Д.2

Плотность сухого грунта ,	Суммарная влажность w, доли единицы	Коэффициент теплопроводности,								Объемная теплоемкость,
		песка		супеси		суглинка, глины		торфа
100	9							0,80	1,35	3975	2305
100	6	-	-	-	-	-	-	0,40	0,70	2720	1675
100	4	-	-	-	-	-	-	0,25	0,40	1885	1255
100	2	-	-	-	-	-	-	0,10	0,25	1045	835
200	4	-	-	-	-	-	-	0,80	1,35	3770	2385
200	2	-	-	-	-	-	-	0,25	0,50	2095	1465
300	3	-	-	-	-	-	-	0,95	1,40	4145	2385
300	2	-	-	-	-	-	-	0,40	0,70	3140	2095
400	2	-	-	-	2,10	-	2,10	0,95	1,40	3770	2720
700	1	-	-	-	2,10	-	2,05	-	-	3580	2095
1000	0,60	-	-	-	2,05	-	1,90	-	-	3435	2175
1200	0,40	-	-	-	1,90	1,55	1,80	-	-	3100	2115
1400	0,35	-	-	1,80	1,85	1,55	1,70	-	-	3350	2345
1400	0,30	-	-	1,75	1,80	1,45	1,55	-	-	3015	2175
1400	0,25	1,90	2,15	1,55	1,70	1,35	1,50	-	-	2765	2050
1400	0,20	1,55	1,85	1,35	1,50	1,10	1,20	-	-	2470	1885
1400	0,15	1,40	1,65	1,10	1,30	0,85	1,00	-	-	2175	1760
1400	0,10	1,10	1,30	0.95	1,05	0,70	0,75	-	-	1885	1740
1400	0,05	0,75	0,80	0,65	0,70	0,45	0,50	-	-	1590	1465
1600	0,30	-	-	1,85	2,00	1,70	1,80	-	-	3495	2470
1600	0,25	2,50	2,75	1,80	1,90	1,50	1,70	-	-	3140	2345
1600	0,20	2,15	2,40	1,65	1,75	1,35	1,50	-	-	2805	2135
1600	0,15	1,80	2,05	1,45	1,55	1,10	1,20	-	-	2470	2010
1600	0,10	1,45	1,65	1,15	1,30	0,85	0,95	-	-	2155	1800
1600	0,05	1,05	1,10	0,80	0,85	0,60	0,65	-	-	1820	1675
1800	0,20	2,65	2,85	1,85	2,00	1,55	1,80	-	-	3160	2405
1800	0,15	2,25	2,60	1,70	1,80	1,40	1,55	-	-	2765	2260
1800	0,10	2,00	2,20	1,45	1,55	1,05	1,20	-	-	2405	2030
1800	0,05	1,45	1,50	1,00	1,00	0,70	0,75	-	-	2030	1885
2000	0,10	2,75	2,90	1,75	1,85	1,30	1,40	-	-	2680	2260
2000	0,05	2,10	2,15	-	-	-	-	-	-	2260	2095
Примечания 1 Значения и приведены для грунтов и материалов в талом состоянии, и - в мерзлом состоянии. 2 Значения теплофизических характеристик крупнообломочных грунтов допускается определять по настоящей таблице как для песков. 3 Для перевода в коэффициенты теплопроводности, приведенные в таблицах Д.1 и Д.2, следует делить на 1,16, а для перевода в значения объемной теплоемкости делить на 4,19.

Д.6 Расчетную глубину сезонного оттаивания , м, многослойной по глубине конструкции аэродромной одежды и основания следует определять по формуле

, (Д.3)

где - толщина отдельных однородных слоев аэродромной одежды и основания, м;

- глубина оттаивания последнего (нижнего) слоя естественного основания, м.

Д.7 Значение , следует определять путем последовательного (начиная с верхнего слоя) вычисления глубины оттаивания , каждого однородного слоя (с учетом вышележащих слоев) по формуле

. (Д.4)

При этом глубину оттаивания первого (верхнего) однородного слоя следует определять по формуле (Д.2).

При проектировании аэродромов, располагаемых в районах распространения высокотемпературной вечной мерзлоты , значением в формулах (Д.2) и (Д.4) допускается пренебречь.

Д.8 Расчетную глубину сезонного промерзания , м, многослойной по глубине конструкции аэродромной одежды и основания следует определять по формуле

, (Д.5)

где - количество тепла, выделяемое при фазовых переходах и охлаждении последнего (нижнего) промерзающего слоя естественного основания, :

;

- количество тепла, выделяемое при фазовых переходах и охлаждении i-го слоя аэродромной одежды и основания, :

;

- продолжительность периода отрицательных температур на поверхности покрытия, ч:

;

- продолжительность j-го месяца с отрицательной среднемесячной температурой воздуха, ч;

- абсолютная средняя температура на поверхности покрытия за период промерзания, °С, принимаемая равной средней температуре воздуха за тот же период.

Таблица Д.3

Категория нормативной нагрузки	Обеспеченность	Поправка к температуре воздуха , °C, по месяцам
		I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IХ	X	XI	XII
в/к, I	0,95	7,6	7,8	6,4	5,0	3,8	3,4	3,2	2,8	3,6	5,4	7,4	7,4
II, III	0,90	6,2	6,4	5,2	4,1	3,1	2,8	2,6	2,3	2,9	4,4	6,1	6,1
IV	0,80	4,9	5,1	4,2	3,2	2,5	2,2	2,1	1,8	2,3	3,5	4,8	4,8
V, VI	0,683	3,8	3,9	3,2	2,5	1,9	1,7	1,6	1,4	1,8	2,7	3,7	3,7

Таблица Д.4

Категория нормативной нагрузки	Обеспеченность	Поправка к значению среднемесячной солнечной радиации , , по месяцам
		IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
в/к, I	0,95	42	44	48	46	35	25	16
II, III	0,90	33	36	39	37	29	21	13
IV	0,80	27	29	29	30	23	17	9
V, VI	0,683	21	22	25	23	18	13	8

Д.9 При применении в конструкциях оснований термоизолирующих слоев из пенопластов с закрытыми порами толщина теплоизоляции , м, должна определяться по формуле

, (Д.6)

где - термическое сопротивление теплоизоляции, , определяемое по номограмме (рисунок Д.2) в зависимости от критерия и допускаемой толщины протаивания под теплоизоляцией , м;

- коэффициент теплопроводности теплоизолирующего слоя, ;

- продолжительность года, равная 8760 ч.

Примечание - Номограмма составлена для глубины расположения теплоизоляции м при .