Приложение В. Пример расчёта тепловой устойчивости дорожной насыпи

Приложение В

Пример расчёта тепловой устойчивости дорожной насыпи

Требуется выполнить проект участка автомобильной дороги III технической категории в районе г. Надым, при наличии в основании вечномёрзлых грунтов, подзона. По расчёту, высота снегонезаносимой насыпи составляет 1,46 м. По данной методике принимается минимальная высота насыпи, равная 1,50 м. Толщину верхней части на прослойке из геосинтетика принимают равной 0,6 м. Нижняя часть из глинистого грунта составит при этом 1,50-0,60=0,90 м.

1. Рассчитывают глубину оттаивания и промерзания данной конструкции в установившемся режиме, т. е. когда естественная влажность уплотнившегося до не менее 0,90 глинистого грунта в нижней части насыпи (в стабилизированном состоянии) независимо от начальной влажности при его укладке, составляет в среднем 1,3 - 1,5 от его оптимальной влажности в зависимости от вида глинистого грунта.

Исходные данные:

- средняя продолжительность тёплого (с температурой воздуха выше 0°С) периода в районе г. Надыма составляет 3264 часа, холодного 5496 часов;

- среднемесячная температура за самый тёплый летний месяц (июль) +14,7°С;

- средняя отрицательная температура за холодный период -12°С (с учётом прогнозного потепления, т.е. с вычетом 3°С);

- высота насыпи из условия снегонезаносимости - 1,46 м , принимаем 1,5 м;

- толщина верхнего слоя насыпи из песка - 0,6 м, нижнего слоя насыпи из суглинка - 0,9 м, мохорастительного покрова (МРП) в основании - 0,15 м, грунт основания - суглинок;

- объёмная плотность сухого грунта: песка - 1720 , суглинка нижней части насыпи - 1480 , суглинка основания - 1420 , МРП или торфа в основании - 270 ;

- расчётная влажность песка - 8%, суглинка насыпи - 24%, суглинка основания - 30%, МРП или торфа - 320%;

- коэффициенты теплопроводности и объёмной теплоёмкости грунтов в талом и мёрзлом состоянии:

- песок - ; ; ; ;

- суглинок насыпи - ; ; ; ;

- суглинок основания - ; ; ; ;

- МРП или торф - ; ; ; ;

- количество скрытой теплоты фазовых переходов влаги в 1 :

- песок - 45960;

- суглинок насыпи - 118640;

- суглинок основания - 142280;

- МРП или торф - 288580.

Для соблюдения размерности при теплотехнических расчётах по формулам 7.8, 7.9, 7.11 необходимо значения теплофизических характеристик грунтов перевести: коэффициент теплопроводности из в делением табличных данных на 1,16; объёмную теплоёмкость из в делением табличных данных на 4,19; скрытую теплоту льдообразования из в делением на 4,19 (в соответствии с примечанием к табл. Д.1 Приложения Д Теплотехнические расчёты оснований на вечномёрзлых грунтах, СП 121.13330.2012 "Аэродромы"), что составляет:

- песок - ; ; ; ;

- суглинок насыпи - ; ; ; ;

- суглинок основания - ; ; ; ;

- МРП и торф - ; ; ; ;

- количество скрытой теплоты фазовых переходов влаги при промерзании грунта в 1 :

- песок - 11008;

- суглинок насыпи - 28416;

- МРП и торф - 69120;

1. Глубина сезонного оттаивания грунтовых слоев конструкции дорожной насыпи и её основания производится по формуле (7.8):

.

- Глубина оттаивания песка:

м.

- Глубина оттаивания суглинка нижней части насыпи:

м.

- Глубина оттаивания МРП или торфа:

м.

- Глубина оттаивания суглинка основания насыпи:

м.

Толщина оттаивания глинистого основания под насыпью составит:

Полная глубина оттаивания многослойной системы с МРП и глинистым грунтом в основании составит:

м.

2. Глубина сезонного промерзания многослойной системы из слоев дорожной насыпи и грунтового основания по формуле (А.10) составит:

,

Подставляя значения характеристик в числитель подкоренного выражения получим:

;

для знаменателя получим:

.

Глубина промерзания в результате составит:

м

Проверка тепловой устойчивости конструкции со слоем МРП (или слоем торфа) и суглинком в основании:

Расчётная эксплуатационная тепловая устойчивость данной конструкции насыпи на вечной мерзлоте обеспечивается.

3. Запас на строительную осадку основания и нижних слоев насыпи рассчитывается по известным (прилагаемым) формулам в зависимости от её конструктивно-технологического решения и исходных физико-механических (вид, талые или мёрзлые, степень переувлажнения и др.) характеристик применяемых грунтов.

4. Степень стабилизации осадки насыпи проверяют её нивелировкой, в начале и в конце 2-го тёплого периода, после строительства. При средних темпах осадки менее (4 - 6) см, допускается устройство капитального или облегчённого нежёсткого (асфальтобетонного) покрытия.

5. Величину расчётного морозного пучения конструкции определяют по методике СП 121.13330.2012 "Аэродромы" [8], обязательное Приложение Е, адаптированной к условиям вечной мерзлоты. При этом допустимая величина морозного пучения принимается в соответствии с п. 6.35, и таблицей 6.2 данного СП, для рулёжных дорожек (РД) с капитальным и облегчённым нежёстким покрытием (т.е. до 6 и 8 см соответственно).